Влияние меди, редкоземельных металлов и железа на изменение формы первичных интерметаллидов в сплаве алюминия при охлаждении и затвердевании расплава в постоянном магнитном поле

Е. В. Середенко, В. А. Середенко

Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 34/1, 03142 Киев, Украина

Получена: 17.12.2020. Скачать: PDF

Редкоземельные металлы (РЗМ) в сплавах алюминия улучшают их свойства. Эти сплавы являются перспективными для транспортной отрасли, авиационной, космической, военной техники и электроники, а также для замены деталей из титана, чугуна, стали и меди. Использование добавок РЗМ в литых сплавах алюминия сдерживается существенным укрупнением первичных интерметаллидов (более 100 мкм), которые приобретают огранку, игольчатую и крестообразную форму. Исследования были проведены на многокомпонентном сплаве Al–Cu–РЗМ–Mn–Ti–Fe–Zn–Si при среднем содержании Cu 3,7% масс. и добавки 13% масс. сплава РЗМ. Алюминиевый сплав охлаждался и затвердевал со скоростью 10 К/с. В структуре сплава наблюдались первичные интерметаллиды с огранкой и волнистым контуром. По сравнению с плоскими поверхностями интерметаллидов, на волнистых наблюдался рост диапазона концентрации всех компонентов, кроме Mn. Наиболее существенно изменились концентрации Cu, РЗМ и Fe. Под действием постоянного магнитного поля с индукцией 0,1 Тл на охлаждавшийся и затвердевавший расплав, изменение морфологии включений с огранкой, похожей на волнистую, сопровождалось наиболее интенсивным ростом содержания железа на поверхности интерметаллидов. С помощью математического планирования эксперимента получены уравнения регрессий, которые характеризуют влияние концентрации Cu, РЗМ и Fe, а также индукции магнитного поля на содержание железа на поверхности интерметаллидов. Установлено, что самым влиятельным фактором является магнитное поле, а содержание РЗМ и Cu соответственно в 4,7 и 3,8 раза слабее. В интервале варьирования содержания железа в сплаве, обработанного магнитным полем, не обнаружено влияния количества этой примеси на концентрацию Fe на поверхности интерметаллида. Выявлено, что под воздействием поля поведение примеси Fe становится аналогичным модификатору первичных интерметаллидов и её накопление на поверхности включений сопровождается потерей кристаллами огранки.

Ключевые слова: сплав Al–Cu–РЗМ, первичные интерметаллиды, математическое планирование эксперимента, затвердевание, магнитное поле.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v43/i07/0971.html

PACS: 61.25.Mv, 61.72.Mm, 61.72.S-, 61.72.Yx, 81.30.Fb, 81.40.Wx


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. В. А. Гнатуш, В. С. Дорошенко, Металл и литьё Украины, № 3–4: 25 (2019). Crossref
  2. Y. A. Gorbunov, J. Siberian Federal Univ., Ing. Techn., 5, No. 8: 636 (2015).
  3. Z. C. Sims, O. R. Rios, D. Weiss, P. E. A. Turchi, A. Perron, J. R. I. Lee, T. T. Li, J. A. Hammons, M. Bagge-Hansen, T. M. Willey, K. An, Y. Chen, A. H. King, and S. K. McCall, Mater. Horiz., 6: 9 (2017). Crossref
  4. В. В. Каминский, С. Ю. Петрович, В. А. Липин, Записки Горного института, 233: 512 (2018). Crossref
  5. Н. А. Терентьев, Исследование и разработка литейных технологий при получении дисперсно-упрочнённых алюминиевых сплавов (Дисс. канд. техн. наук) (Красноярск: Сибирский федеральный университет: 2017).
  6. Н. А. Аристова, И. Ф. Колобнёв, Термическая обработка литейных алюминиевых сплавов (Москва: Металлургия: 1977).
  7. Czerwinski, J. Mater. Sci., 55, No. 12: 24 (2020). Crossref
  8. H. C. Liao, C. Liu, C. Lu, and Q. G. Wang, Inv. J. Cast Met. Res., 28, Iss. 4: 213 (2015). Crossref
  9. И. П. Волчок, А. А. Митяев, Р. А. Фролов, К. Н. Лоза, В. В. Клочихин, В. В. Лукинов, Строительство, материаловедение, машиностроение: Стародубовские чтения, 90: 64 (2016).
  10. Е. Л. Скуйбеда, Литьё и металлургия, № 4: 42 (2013).
  11. А. В. Хван, Оптимизация фазового состава высокотехнологичных алюминиевых сплавов с композитной структурой на основе Се- и Ca-содержащих эвтектик (Дисс. канд. техн. наук) (Москва: Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»): 2008).
  12. Gao-ren Huang, Yi-meng Sun, Li Zhang, and Yu-lin Liu, J. Mater. Eng., 46, Iss. 3: 105 (2018) (in Chinese). Crossref
  13. В. М. Фёдоров, Ю. М. Пономаренко, А. М. Дискин и З. В. Макарова, Технология лёгких сплавов, № 9: 14 (1983).
  14. Е. А. Наумова, Разработка научных основ легирования алюминиевых сплавов эвтектического типа кальцием (Дисс. докт. техн. наук) (Москва: Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»: 2019).
  15. И. Бродова, J. Siberian Federal Univ., Ing. Techn., 4, No. 8: 519 (2015). Crossref
  16. В. А. Ефимов, Г. А. Анисович, В. Н. Бабич, Специальные способы литья. Справочник (Ред. В. А. Ефимова) (Москва: Машиностроение: 1991).
  17. А. В. Долматов, Влияние обработки алюминиевых расплавов упругими низкочастотными колебаниями на структуру и свойства литого металла (Дисс. канд. техн. наук) (Екатеринбург: ГУ Институт металлургии РАН: 2006).
  18. D. G. Eskin and J. Mi, Solidification Processing of Metallic Alloys under External Fields (Cham: Springer Nature Switzerland AG: 2018).
  19. X. Li, Z. Ren, A. Gagnoud, O. Budenkova, A. Bojarevics, and Y. Fautrelle, Journal of ISRI, 19, Supl. 1: 9 (2012) (in Chinese).
  20. D. Du, J. C. Haley, A. Dong, Y. Fautrelle, D. Shu, G. Zhu, X. Li, D. Sun, and E. J. Lavernia, Mater. Des., 181: (2019). Crossref
  21. X. Li, Y. Fautrelle, Z. Ren, A. Gagnoud, Y. Zhane, and C. Esling, J. Cryst. Growth, 318, No. 1: 23 (2011). Crossref
  22. Д. Е. Овсиенко, Зарождение и рост кристаллов из расплава (Киев: Наукова думка:1994).
  23. В. Н. Канищев, Переходные процессы направленной кристаллизации при выращивании кристаллов из расплава (Дисс. докт. техн. наук) (Харьков: Институт монокристаллов НАН Украины: 2014).
  24. В. А. Шаломеев, Металургія, 2: 73 (2013).
  25. Y. Shen, Z. Ren, X. Li, W. Renand, and Y. Xi, J. Cryst. Growth, 336, No. 1: 67 (2011). Crossref
  26. S. Shuai, X. Lin, W. Xiao, J. Yu, J. Wang, and Z. Ren, Acta Met. Sin., 54, Iss. 6: 918 (2018) (in Chinese). Crossref
  27. M. Wu, T. Liu, M. Dong, J. Sun, S. Dong, and Q. Wang, J. Appl. Phys., 121: 064901 (2017). Crossref
  28. T. Zheng, B. Zhou, Y. Zhong, J. Wang, S. Shuai, Z. Ren, F. Debray, and E. Beaugnon, Sci. Rep., 9: 266 (2019). Crossref
  29. Ф. С. Новик, Я. Б. Арсов, Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов (Москва: Машиностроение; София: Техника: 1980).