Особенности кристаллизации, формирования фазового состава и морфологии структурных составляющих сплава Al–7Si–4Fe при магнитоимпульсной обработке расплава

И. Н. Максимчук, А. А. Хрипливий, В. В. Фризель, П. М. Романко

Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, ул. Академика Кржижановского, 3, 03142 Киев, Украина

Получена: 30.10.2019; окончательный вариант - 19.08.2020. Скачать: PDF

Методами рентгеновской дифрактометрии, прямого термографического и ДСК анализа исследовано влияние магнитно-импульсной обработки (МИО) расплава силумина Al–7Si–4Fe на кинетику его кристаллизации, фазовый состав и морфологию структурных составляющих. Показано, что повышенное содержание железа в расплаве сдвигает температуру начала кристаллизации первичных дендритов алюминия в область температуры кристаллизации чистого алюминия. МИО расплава не влияет на температурные интервалы кристаллизации компонентов, однако в три раза увеличивает скорость кристаллизации эвтектики. Эффект объясняется усилением микроликвации расплава, которая интенсифицируется с увеличением частоты следования импульсов магнитного поля, при этом области микронеоднородностей существенно диспергируются. В рамках кластерной модели изложены представления о вероятном строении расплава Al–7Si–4Fe вблизи температуры ликвидуса и влиянии режимов МИО на его формирование. Впервые выдвинута гипотеза о том, что в условиях быстрого охлаждения расплава реализация раздельного или абнормального механизмов эвтектической кристаллизации связана с соотношением в расплаве долей кластеров Al$_{1-x}$Si$_x$ с металлической и ковалентной связью. МИО приводит к формированию и существенному увеличению доли кластеров с ковалентным типом связи и усилению абнормального механизма эвтектической кристаллизации. Показано, что увеличение частоты следования импульсов в два раза, а, следовательно, и удвоение энергетического воздействия на расплав не только усиливает диспергирование областей микроликвации расплава, но и приводит к образованию устойчивой (стабильной) конфигурации кластеров Al$_n$Fе$_m$Si$_l$, характеризующихся ближним порядком, подобным упорядочению атомов в фазе Al$_9$Fe$_2$Si$_2$.

Ключевые слова: магнито-импульсная обработка, кластерная структура расплава, кинетика кристаллизации.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v42/i10/1373.html

PACS: 61.25.Mv, 61.66.Dk, 61.72.Mm, 64.70.dg, 81.70.Pg, 83.60.Np


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. S. Ji, W. Yang, F. Gao, D. Watson, and Zh. Fan, Mater. Sci. Eng. A, 564: 130 (2013). Crossref
  2. B. Fragoso and H. Santos, J. Mater. Res. Technol., 2(2):100 (2013). Crossref
  3. Y. Osawa, S. Takamori, T. Kimura, K. Minagawa, and H. Kakisawa, Mater. Trans., 48, No. 9: 2467 (2007). Crossref
  4. B. Xiufang, W. Weimin, Y. Shujuan, and Q. Jingy, Sci. Technol. Adv. Mater., 2, Iss. 1: 19 (2001). Crossref
  5. A. H. Pryhunova, M. V. Koshelev, S. S. Petrov, and S. V. Pryhunov, Protsessy Litya, No. 3 (111): 27 (2015).
  6. D. G. Chernikov, V. A. Glouschenkov, F. V. Grechnikov, A. J. Igolkin, and R. J. Jusupov, Proc. 3rd Int. Conf. High Speed Form., (March 11–12, 2008) (Germany, Dortmund: 2008), p. 223. Crossref
  7. N. Waki, K. Sassa, and S. Asai, Tetsu-to-Hagane, 86: 363, (2000). Crossref
  8. V. A. Gluschenkov, F. V. Grechnikov, V. I. Nikitin, D. G. Chernikov, A. Yu. Igolkin, K. V. Nikitin, and A.A. Pozdnyakov, Liteyshchik Rossii, No. 7: 34 (2010).
  9. V. A. Gluschenkov, F. V. Grechnikov, A. Yu. Igolkin, V. I. Nikitin and K. V. Nikitin, Liteynoe Proizvodstvo, No. 9: 8 (2011).
  10. V. A. Efimov, L. A. Anisovich, V. N. Babich, Spetsialnye Sposoby Litya. Spravochnik (Ed. V. A. Efimov) (Moscow: Mashinostroenie: 1991).
  11. G. Iu. Berk, Spravochnoe Posobie po Magnitnym Yavleniyam (Moscow: Energoatomizdat: 1991).
  12. I. M. Maksymchuk, A. O. Khryplyvyiy, V. G. Tkachenko, and V. V. Frizel, Metaloznavstvo ta Obrobka Metaliv, No. 4: 10 (2012).
  13. I. M. Maksymchuk, V. G. Tkachenko, A. S. Vovchok, N. P. Medalovich, and E. S. Makarenko, Metallofiz. Noveishie Tehnol., 36, No. 1: 1 (2014).
  14. I. N. Maksimchuk, A. A. Hriplivyiy, V. G. Tkachenko, and V. V. Frizel, Visnyk UMT, No. 1 (5): 78 (2012).
  15. Sanghwan Lee, Bonghwan Kim, and Sangmok Lee, Alloys Mater. Trans., 52, No. 6: 1308 (2011). Crossref
  16. S. S. Petrov, A. H. Pryhunova, and D. M. Klyuchnyk, Metaloznavstvo ta Obrobka Metaliv, No. 1: 12 (2007).
  17. S. S. Petrov, A. H. Pryhunova, D. M. Klyuchnyk, and S. V. Pryhunov, Metaloznavstvo ta Obrobka Metaliv, No. 2: 1 (2008).
  18. John A. Taylor, Procedia Mater. Sci., 1: 19 (2012). Crossref
  19. Wang Qiang, Wang En-Gang, He Ji-Cheng, and Hu Ke, Mater. Sci. Forum, 546–549: 1003 (2007). Crossref
  20. Xiufang Bian and Weimin Wang, Mater. Lett., 44: 54 (2000). Crossref
  21. Yong Zhang, Hongliang Zheng, Yue Liu, Lei Shi, Rongfu Xu, and Xuelei Tian, Acta Mater., 70: 162 (2014). Crossref
  22. Jianbo Yu, Zhongming Ren, Weili Ren, Kang Deng, and Yunbo Zhong, Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 22, Iss. 3: 191 (2009). Crossref
  23. Songyou Wang, C. Z. Wang, C. X. Zheng, and K. M. Ho, J. Non-Cryst. Solids, 355: 340 (2009). Crossref
  24. N. K. Tolochko and A. A. Andrushevich, Lityo i Metallurgiya, No. 4: 59 (2013).