Еволюція структури та властивостей сплаву Al–Zn–Mg–Cu–Sc–Zr після термічної обробки
This study is focused on the development and comprehensive analysis of the structural state and mechanical properties of a high-strength wrought aluminum alloy of the Al–Zn–Mg–Cu system, additionally alloyed with scandium (Sc) and zirconium (Zr). Alloys of this system are critically important materi...
Saved in:
| Date: | 2026 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Published: |
Physico- Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine
2026
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2026-1-2 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Metal Science and Treatment of Metals |
Institution
Metal Science and Treatment of Metals| _version_ | 1862949217835679744 |
|---|---|
| author | Davydenko, O. A. Narivsky, A. V. Polyvoda, S. L. Bondarchuk, V. I. Molebnyi, О. А. Tarasov, O. F. Tverdokhvalov, V. O. Sindalovsky, D. Kytranov, D. S. Semenko, A. Yu. Voron, M. M. |
| author_facet | Davydenko, O. A. Narivsky, A. V. Polyvoda, S. L. Bondarchuk, V. I. Molebnyi, О. А. Tarasov, O. F. Tverdokhvalov, V. O. Sindalovsky, D. Kytranov, D. S. Semenko, A. Yu. Voron, M. M. |
| author_sort | Davydenko, O. A. |
| baseUrl_str | https://momjournal.org.ua/index.php/mom/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-04-19T17:21:29Z |
| description | This study is focused on the development and comprehensive analysis of the structural state and mechanical properties of a high-strength wrought aluminum alloy of the Al–Zn–Mg–Cu system, additionally alloyed with scandium (Sc) and zirconium (Zr). Alloys of this system are critically important materials for the aviation and defense industries due to their exceptional specific strength. The research addresses common challenges inherent to high-alloyed systems, such as susceptibility to hot cracking and dendritic segregation, by optimizing alloying element content and implementing innovative casting techniques.
The scientific novelty of this work lies in the investigation of the synergistic effect of Sc and Zr on the alloy's microstructure specifically in the as-cast state, an area less explored compared to wrought semi-finished products. It was established that the formation of Al3(Sc, Zr) intermetallic compounds ensures significant grain refinement, enhances anti-recrystallization stability, and contributes to additional strengthening through the precipitation of secondary coherent nanoparticles that remain stable during subsequent heat treatment.
The practical part of the research involved the production of a large-scale industrial ingot (150 mm in diameter) using a vacuum magnetohydrodynamic (MHD) installation and continuous casting into a short crystallizer with a thermal filling. This approach facilitated a uniform globular structure free of gas porosity, achieving a record-low hydrogen content (0.04–0.05 cm³/100 g). The evolution of the microstructure and phase transformations was studied using SEM, EDS, and DSC methods.
Mechanical testing results demonstrated that the applied casting technology ensures high isotropy of properties in both longitudinal and transverse directions. The alloy was found to exhibit high technological plasticity (elongation up to 53%) at temperatures of 300–400 °C, allowing for the optimization of further thermomechanical processing parameters, such as forging and rolling. The initial interphase melting temperature was determined to be 471–477 °C, serving as a fundamental parameter for establishing precise homogenization and solution treatment regimes for the experimental alloy. |
| first_indexed | 2026-04-20T01:00:21Z |
| format | Article |
| id | oai:oai.momjournal.org.ua:article-360 |
| institution | Metal Science and Treatment of Metals |
| keywords_txt_mv | keywords |
| last_indexed | 2026-04-20T01:00:21Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Physico- Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:oai.momjournal.org.ua:article-3602026-04-19T17:21:29Z The structure and properties evolution of Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr alloy after heat treatments Еволюція структури та властивостей сплаву Al–Zn–Mg–Cu–Sc–Zr після термічної обробки Davydenko, O. A. Narivsky, A. V. Polyvoda, S. L. Bondarchuk, V. I. Molebnyi, О. А. Tarasov, O. F. Tverdokhvalov, V. O. Sindalovsky, D. Kytranov, D. S. Semenko, A. Yu. Voron, M. M. high-strength aluminum alloy scandium zirconium MHD mechanical properties високоміцний алюмінієвий сплав скандій цирконій МГД механічні властивості This study is focused on the development and comprehensive analysis of the structural state and mechanical properties of a high-strength wrought aluminum alloy of the Al–Zn–Mg–Cu system, additionally alloyed with scandium (Sc) and zirconium (Zr). Alloys of this system are critically important materials for the aviation and defense industries due to their exceptional specific strength. The research addresses common challenges inherent to high-alloyed systems, such as susceptibility to hot cracking and dendritic segregation, by optimizing alloying element content and implementing innovative casting techniques. The scientific novelty of this work lies in the investigation of the synergistic effect of Sc and Zr on the alloy's microstructure specifically in the as-cast state, an area less explored compared to wrought semi-finished products. It was established that the formation of Al3(Sc, Zr) intermetallic compounds ensures significant grain refinement, enhances anti-recrystallization stability, and contributes to additional strengthening through the precipitation of secondary coherent nanoparticles that remain stable during subsequent heat treatment. The practical part of the research involved the production of a large-scale industrial ingot (150 mm in diameter) using a vacuum magnetohydrodynamic (MHD) installation and continuous casting into a short crystallizer with a thermal filling. This approach facilitated a uniform globular structure free of gas porosity, achieving a record-low hydrogen content (0.04–0.05 cm³/100 g). The evolution of the microstructure and phase transformations was studied using SEM, EDS, and DSC methods. Mechanical testing results demonstrated that the applied casting technology ensures high isotropy of properties in both longitudinal and transverse directions. The alloy was found to exhibit high technological plasticity (elongation up to 53%) at temperatures of 300–400 °C, allowing for the optimization of further thermomechanical processing parameters, such as forging and rolling. The initial interphase melting temperature was determined to be 471–477 °C, serving as a fundamental parameter for establishing precise homogenization and solution treatment regimes for the experimental alloy. Дослідження присвячене розробці та комплексному аналізу структурного стану і механічних властивостей високоміцного деформівного алюмінієвого сплаву системи Al–Zn–Mg–Cu, додатково легованого скандієм (Sc) та цирконієм (Zr). Сплави цієї системи є критично важливими матеріалами для авіаційної та оборонної галузей завдяки їхній високій питомій міцності. У роботі вирішуються проблеми, притаманні високолегованим системам, зокрема схильність до гарячого розтріскування та дендритної ліквації, шляхом оптимізації вмісту легуючих елементів та застосування інноваційних методів лиття. Наукова новизна роботи полягає у вивченні комбінованого впливу Sc та Zr на структуру сплаву безпосередньо у литому стані, що є малодослідженим аспектом порівняно з деформованими напівфабрикатами. Встановлено, що формування інтерметалідів Al3(Sc, Zr) забезпечує ефективне подрібнення зерна, підвищує антирекристалізаційну стійкість та сприяє додатковому зміцненню через виділення вторинних когерентних наночастинок, стабільних при термічній обробці. Практична частина дослідження включала виготовлення великогабаритного промислового зливка (діаметром 150 мм) із використанням вакуумної магнітогідродинамічної (МГД) установки та безперервного лиття в короткий кристалізатор із термічною насадкою. Такий підхід дозволив отримати однорідну глобулярну структуру без газової пористості з рекордно низьким вмістом водню (0,04–0,05 см³/100 г). Методами СЕМ, ЕДС та ДСК досліджено еволюцію мікроструктури та фазових перетворень. Результати механічних випробувань показали, що застосована технологія лиття забезпечує високу ізотропність властивостей у поздовжньому та поперечному напрямках. Визначено, що сплав демонструє високу технологічну пластичність ( до 53%) при температурах 300–400 °C, що дозволяє оптимізувати параметри подальшої термомеханічної обробки (кування, прокатки). Визначено температуру початку міжфазного плавлення (471–477 °C), що є базовим параметром для призначення режимів гомогенізації та гартування експериментального сплаву. Physico- Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine 2026-03-31 Article Article https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2026-1-2 Scientific Technical Journal; Vol. 32 No. 1 (2026): The Scientific Technical journal Metal Science and Treatment of Metals; 13-29 Науково-технічний журнал; Том 32 № 1 (2026): Науково-технічний журнал Металознавство та обробка металів; 13-29 2664-2441 2073-9583 Copyright (c) 2026 Scientific Technical Journal https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | високоміцний алюмінієвий сплав скандій цирконій МГД механічні властивості Davydenko, O. A. Narivsky, A. V. Polyvoda, S. L. Bondarchuk, V. I. Molebnyi, О. А. Tarasov, O. F. Tverdokhvalov, V. O. Sindalovsky, D. Kytranov, D. S. Semenko, A. Yu. Voron, M. M. Еволюція структури та властивостей сплаву Al–Zn–Mg–Cu–Sc–Zr після термічної обробки |
| title | Еволюція структури та властивостей сплаву Al–Zn–Mg–Cu–Sc–Zr після термічної обробки |
| title_alt | The structure and properties evolution of Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr alloy after heat treatments |
| title_full | Еволюція структури та властивостей сплаву Al–Zn–Mg–Cu–Sc–Zr після термічної обробки |
| title_fullStr | Еволюція структури та властивостей сплаву Al–Zn–Mg–Cu–Sc–Zr після термічної обробки |
| title_full_unstemmed | Еволюція структури та властивостей сплаву Al–Zn–Mg–Cu–Sc–Zr після термічної обробки |
| title_short | Еволюція структури та властивостей сплаву Al–Zn–Mg–Cu–Sc–Zr після термічної обробки |
| title_sort | еволюція структури та властивостей сплаву al–zn–mg–cu–sc–zr після термічної обробки |
| topic | високоміцний алюмінієвий сплав скандій цирконій МГД механічні властивості |
| topic_facet | high-strength aluminum alloy scandium zirconium MHD mechanical properties високоміцний алюмінієвий сплав скандій цирконій МГД механічні властивості |
| url | https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2026-1-2 |
| work_keys_str_mv | AT davydenkooa thestructureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT narivskyav thestructureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT polyvodasl thestructureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT bondarchukvi thestructureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT molebnyioa thestructureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT tarasovof thestructureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT tverdokhvalovvo thestructureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT sindalovskyd thestructureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT kytranovds thestructureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT semenkoayu thestructureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT voronmm thestructureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT davydenkooa evolûcíâstrukturitavlastivostejsplavualznmgcusczrpíslâtermíčnoíobrobki AT narivskyav evolûcíâstrukturitavlastivostejsplavualznmgcusczrpíslâtermíčnoíobrobki AT polyvodasl evolûcíâstrukturitavlastivostejsplavualznmgcusczrpíslâtermíčnoíobrobki AT bondarchukvi evolûcíâstrukturitavlastivostejsplavualznmgcusczrpíslâtermíčnoíobrobki AT molebnyioa evolûcíâstrukturitavlastivostejsplavualznmgcusczrpíslâtermíčnoíobrobki AT tarasovof evolûcíâstrukturitavlastivostejsplavualznmgcusczrpíslâtermíčnoíobrobki AT tverdokhvalovvo evolûcíâstrukturitavlastivostejsplavualznmgcusczrpíslâtermíčnoíobrobki AT sindalovskyd evolûcíâstrukturitavlastivostejsplavualznmgcusczrpíslâtermíčnoíobrobki AT kytranovds evolûcíâstrukturitavlastivostejsplavualznmgcusczrpíslâtermíčnoíobrobki AT semenkoayu evolûcíâstrukturitavlastivostejsplavualznmgcusczrpíslâtermíčnoíobrobki AT voronmm evolûcíâstrukturitavlastivostejsplavualznmgcusczrpíslâtermíčnoíobrobki AT davydenkooa structureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT narivskyav structureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT polyvodasl structureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT bondarchukvi structureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT molebnyioa structureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT tarasovof structureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT tverdokhvalovvo structureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT sindalovskyd structureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT kytranovds structureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT semenkoayu structureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments AT voronmm structureandpropertiesevolutionofalznmgcusczralloyafterheattreatments |