Influence of Sc:Zr ratio on corrosion resistance of ultrafine-grained Al-Mg alloys. I. Investigation of structure and physical-mechanical properties

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of studies of the microstructure and physical and mechanical properties (resistivity, microhardness) of cast and ultrafine-grained (UFG) Al-Mg alloys with different magnesium content (2.5, 4.0, 6.0% wt) and different Sc/Zr ratio (0.45–2.20) are presented. Cast alloys are obtained by induction casting, UFG microstructure in aluminum alloys is formed by equal-channel angular pressing. The effect of the temperature of 30-minute annealing on the microhardness and electrical resistivity of aluminum alloys is investigated. The temperature and time intervals of stability of solid solution and granular microstructure of aluminum alloys are determined. The effect of the Sc/Zr ratio on the composition of the released particles and the nature of the decomposition of the solid solution is analyzed.

About the authors

N. A. Kozlova

National Research Nizhny Novgorod State University named after N.I. Lobachevsky

Author for correspondence.
Email: nakozlova@nifti.unn.ru
Nizhny Novgorod

A. V. Nokhrin

National Research Nizhny Novgorod State University named after N.I. Lobachevsky

Email: nakozlova@nifti.unn.ru
Nizhny Novgorod

V. N. Chuvil'deev

National Research Nizhny Novgorod State University named after N.I. Lobachevsky

Email: nakozlova@nifti.unn.ru
Nizhny Novgorod

I. S. Shadrina

National Research Nizhny Novgorod State University named after N.I. Lobachevsky

Email: nakozlova@nifti.unn.ru
Nizhny Novgorod

A. A. Bobrov

National Research Nizhny Novgorod State University named after N.I. Lobachevsky

Email: nakozlova@nifti.unn.ru
Nizhny Novgorod

M. K. Chegurov

National Research Nizhny Novgorod State University named after N.I. Lobachevsky

Email: nakozlova@nifti.unn.ru
Nizhny Novgorod

V. I. Kopylov

National Research Nizhny Novgorod State University named after N.I. Lobachevsky

Email: nakozlova@nifti.unn.ru
Nizhny Novgorod

References

  1. Filatov, Y. New Al-Mg-Sc alloys / Y. Filatov, V. Yelagin, V. Zakharov // Mater. Sci. Eng. A. 2000. V.280. P.97–101.
  2. Davydov, V. Scientific principles of making an alloying addition of scandium to aluminium alloys / V. Davydov, T. Rostova, V. Zakharov, Y. Filatov, V. Yelagin // Mater. Sci. Eng. A. 2000. V.280. P.30–36.
  3. Belkin, O. Analysis of contributions of plastic deformation and intergranular corrosion to corrosion-fatigue failure of Al-Mg alloys / O. Belkin, V. Chuvil’deev, M. Chegurov, A. Nokhrin, A. Sysoev // Mater. Lett. 2025. V.389. Art.138411.
  4. Avtokratova, E. The processing route towards outstanding performance of the severely deformed Al-Mg-Mn-Sc-Zr alloy / E. Avtokratova, O. Sitdikov, M. Markushev, M. Linderov, D. Merson, A. Vinogradov // Mater. Sci. Eng. A. 2021. V.806. Art.140818.
  5. Malopheyev, S. Deformation structure and strengthening mechanisms in an Al-Mg-Sc-Zr alloy / S. Malopheyev, V. Kulitskiy, R. Kaibyshev // J. Alloys Compd. 2017. V.698. P.957–966.
  6. Добаткин, С.В. Повышение прочности и пластичности Al-Mg-Mn сплавов, легированных цирконием и скандием, при равноканальном угловом прессовании / С.В. Добаткин, В.В. Захаров, Ю. Эстрин, Т.Д. Ростова, О.Г. Уколова, А.В. Чиркова // Технология легких сплавов. 2009. №3. С.46–59. – (Dobatkin, S.V. Increasing the strength and ductility of Al-Mg-Mn alloys doped with zirconium and scandium using equal-channel angular pressing / S.V. Dobatkin, V.V. Zaharov, U. Estrin, T.D. Rostova, O.G. Ukolova, A.V. Chirikova // Light alloys technology. 2009. №3. P.46–59.)
  7. Vinogradov, A. Fatigue life of fine-grained Al-Mg-Sc alloys produced by equal-channel angular pressing / A. Vinogradov, A. Washikita, K. Kitagawa, V. Kopylov // Mater. Sci. Eng A. 2003. V.349. P.318–326.
  8. Furukawa, M. Influence of magnesium on grain refinement and ductility in a dilute Al-Sc alloy / M. Furukawa, A. Utsunomiya, K. Matsubara, Z. Horita, T. Langdon // Acta Materialia. 2001. V.49. P.3829–3838.
  9. Avtokratova, E. Extraordinary high-strain rate superplasticity of severely deformed Al-Mg-Sc-Zr alloy / E. Avtokratova, O. Sitdikov, M. Markushev, R. Mulyukov // Mater. Sci. Eng. A. 2012. V.538. P.386–390.
  10. Mochugovskiy, A.G. The chemical composition influence on the microstructure and superplasticity of the Al-Mg-Si-Zr-Sc-based alloys / A.G. Mochugovskiy, E.U. Chukwuma, N.Yu. Tabachkova, A.V. Mikhaylovskaya // Mater. Sci. Eng. A. 2025. V.928. Art.148063.
  11. Ralston, K. Revealing the relationship between grain size and corrosion rate of metals / K. Ralston, N. Birbilis, N. Davies // Scripta Materialia. 2010. V.63. P.1201–1204.
  12. Ralston, K. Effect of grain size on corrosion of high purity aluminum / K. Ralston, D. Fabijanic, N. Birbilis // Electrochem. Acta. 2011. V.56. P.1729–1736.
  13. Sun, F. Effect of Sc and Zr additions on microstructures and corrosion behavior of Al-Cu-Mg-Sc-Zr alloys / Sun F., Nash G., Li Q., Liu E., He C., Shi C., Zhao N. // J. Mater. Sci. Tech. 2017. V.33. P.1015–1022.
  14. Bałkowiec, A. Influence of grain boundaries misorientation angle on intergranular corrosion in 2024-T3 aluminium / A. Bałkowiec, J. Michalski, H. Matysiak, K. Kurzydlowski // Mater. Sci.-Pol. 2011. V.29. P.305–311.
  15. Zhang, X. Corrosion behaviour of AA6082 Al-Mg-Si alloy extrusion : Recrystallized and non-recrystallized structures / Zhang X., Zhou X., Nilsson J., Dong Z., Cai C. // Corros. Sci. 2018. V.144. P.163–171.
  16. Yang, J. Improve sensitization and corrosion resistance of an Al-Mg alloy by optimization of grain boundaries / Yang J., Heckman N., Velasco L., Hodge A. // Sci. Rep. 2016. V.6. Art.26870.
  17. Захаров, В.В. Современные тенденции развития алюминиевых сплавов, легированных скандием / В.В. Захаров, Ю.А. Филатов // Технология легких сплавов. 2022. №3. С.9–18. – (Zakharov, V.V. Current trends in the development of aluminum alloys alloyed with scandium // V.V. Zakharov, Yu.A. Filatov // Technology of light alloys. 2022. №3. P.9–18.)
  18. Захаров, В.В. Влияние небольших добавок переходных металлов на структуру и свойства малолегированного сплава Al-Sc / В.В. Захаров, И.А. Фисенко // Технология легких сплавов. 2020. №3. С.11–19. – (Zakharov, V.V. The effect of small additives of transition metals on the structure and properties of low-alloy Al-Sc alloy / V.V. Zakharov, I.A. Fisenko // Technology of light alloys. 2022. №3. P.9–18.)
  19. Захаров, В.В. Принципы создания сплавов на основе алюминия, экономнолегированных скандием / В.В. Захаров, И.А. Фисенко, Т.М. Кунявская // МиТОМ. 2024. №5 (827). С.39–43. – (Zakharov, V.V. Principles of creating aluminum-based alloys economically alloyed with scandium / V.V. Zakharov, I.A. Fisenko, T.M. Kuniavskya // Metal science and heat treatment of materials. 2024. №5 (827). P.39–43.)
  20. Чувильдеев, В.Н. Исследование термической стабильности структуры и механических свойств мелкозернистых проводниковых алюминиевых сплавов Al-Mg-Zr-Sc(Yb) / В.Н. Чувильдеев, А.В. Нохрин, Я.С. Шадрина, А.В. Пискунов, В.И. Копылов, Н.Н. Берендеев, В.Н. Чепеленко // Металлы. 2020. №5. С.64–76. – (Chuvildeev, V.N. Investigation of the thermal stability of the structure and mechanical properties of fine-grained conductive aluminum alloys Al-Mg-Zr-Sc(Yb) / V.N. Chuvildeev, A.V. Nohrin, Y.S. Shadrina, A.V. Piskunov, V.I. Kopylov, N.N. Berendeev, V.N. Chepelenko // Metally. 2020. №5. P.64–67.)
  21. Рохлин, Л.Л. Исследование распада пересыщенного твердого раствора в сплавах Al-Sc-Zr при различном соотношении скандия и циркония / Л.Л. Рохлин, Н.Р. Бочвар, Н.П. Леонова // Перспективные материалы. 2011. №3. С.88–92. – (Rokhlin, L.L. Investigation of the decomposition of supersaturated solid solution in Al-Sc-Zr alloys at different ratios of scandium and zirconium / L.L. Rokhlin, N.R. Bochvar, N.P. Leonova // Promising materials. 2011. №3. P.88–92.)
  22. Синявский, В.С. Влияние добавок скандия и циркония на коррозионные свойства Al-Mg-сплавов / В.С. Синявский, В.Д. Вальков, Е.В. Титкова // Защита металлов. 1998. Т.34. №6. С.613–619. – (Sinyavskiy, V.S. Effect of scandium and zirconium additives on the corrosion properties of Al-Mg alloys / V.S. Sinyavskiy, V.D. Valkov, E.V. Titkova // Protection of metals. 1998. V.34. №6. P.613–619.)
  23. Козлова, Н.А. Влияние соотношения Sc:Zr на коррозионную стойкость литых сплавов Al-Mg / Н.А. Козлова, А.В. Нохрин, В.Н. Чувильдеев, Я.С. Шадрина, А.А. Бобров, М.К. Чегуров // ФММ. 2024. Т.125. №8. С.974–985. – (Kozlova, N.A. Influence of the Sc:Zr ratio on the corrosion resistance of cast Al-Mg alloys // Metal physics and metal science. 2024. V.125. №8. P.974–985.)
  24. Straumal, B.B. Wetting of grain boundaries in Al by the solid Al3Mg2 phase / B.B. Straumal, B. Baretzky, O.A. Kogtenkova, A.B. Straumal, A.S. Sidorenko // J. Mater. Sci. 2010. V.45. P.2057–2061.
  25. Forbord, B. Three dimensional atom probe investigation on the formation of Al3(Sc,Zr)-dispersoids in aluminium alloys / B. Forbord, W. Lefebvre, F. Danoix, H. Hallem, K. Martinsen // Scripta Materialia. 2004. V.51. P.333–337.
  26. Туркина, Н.И. Фазовые взаимодействия в системе Al-Mg-Sc / Н.И. Туркина, В.И. Кузьмина // Металлы. 1976. №4. С.208–212. – (Turkina, N.I. Phase Interactions in the Al-Mg-Sc System / N.I. Turkina, V.I. Kuzmina // Metally. 1976. №4. P.208–212.)
  27. Chuvil’deev, V. Effect of Sc/Zr ratio on superplastic behavior of ultrafine-grained Al-6%Mg alloys / V. Chuvil’deev, M. Gryaznov, S. Shotin [et al.] // Mater. Sci. Eng. A. 2024. V.898. Art.146409.
  28. Mochugovskiy, A. Effect of heat treatment on the grain size control, superplasticity, internal friction, and mechanical properties of zirconium-bearing aluminum-based alloy / A. Mochugovskiy, A. Mikhaylovskaya, M. Zadorognyy, I. Golovin // J. Alloys Compd. 2021. V.856. Art.157455.
  29. Мавлютов, А.М. Влияние состояния границ зерен на эффект пластификации в ультрамелкозернистом сплаве Al-0,4Zr / А.М. Мавлютов, Т.С. Орлова, М.Ю. Мурашкин, Н.А. Еникеев // ФТТ. 2023. Т.65. №9. С.1572–1578. – (Mavlutov, A.M. Influence of grain boundary conditions on the plasticization effect in an ultra-fine-grained Al-0.4Zr alloy / A.M. Mavlutov, T.S. Orlova, M.U. Murashkin, N.A. Enikeev // Solid State Physics. 2023. V.65. №9. P. 1572–1578.)
  30. Шматко, О.А. Структура и свойства металлов и сплавов. Электрические и магнитные свойства металлов / О.А. Шматко, Ю.В. Усов. – Киев : Наукова думка, 1987. 325 с. – (Shmatko, O.A. Structure and properties of metals and alloys. Electrical and magnetic properties of metals / O.A. Shmatko, Yu.V. Usov // Kyiv : Naukova dumka, 1987. 325 p.)
  31. Захаров, В.В. Влияние деформации на распад твердого раствора скандия в алюминии / В.В. Захаров, И.А. Фисенко // Технология легких сплавов. 2020. №1. С.44–47. – (Zakharov, V.V. The effect of deformation on the decomposition of a solid solution of scandium in aluminum / V.V. Zakharov, I.A. Fisenko // Technology of light alloys. 2020. №1. P.44–47.)
  32. Mochugovskiy, A.G. Comparison of precipitation kinetics and mechanical properties in Zr and Sc-bearing aluminum-based alloys / A.G. Mochugovskiy, A.V. Mikhaylovskaya // Mater. Lett. 2020. V.275. Art.128096.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».