Высокоскоростная закалка из жидко-твёрдого состояния как метод исследования фазовых превращений при кристаллизации

А. Г. Пригунова, В. И. Белик, Л. К. Шеневидко, М. В. Кошелев, С. В. Пригунов

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

Получена: 22.06.2021; окончательный вариант - 17.09.2021. Скачать: PDF

Изучение механизма фазовых превращений при формировании структуры металлов и сплавов является перспективным направлением совершенствования известных и разработки новых материалов. Вместе с тем, не теряет актуальности необходимость расширения методических и экспериментальных возможностей способов их исследования. Широко использующиеся методы металлографического анализа позволяют получать информацию о структурных особенностях сплавов, но определить механизм образования фаз по микроструктуре полностью затвердевших образцов является весьма проблематичным. Основным инструментом анализа и прогнозирования структурного состояния при изменении температуры и химического состава сплавов являются диаграммы фазовых равновесий. Однако они не могут быть применены к описанию кинетики фазовых переходов. В частности, это касается фаз, образующихся по перитектическим реакциям, которые обычно в реальных процессах полностью не завершаются. В работе рассмотрены методические особенности разработанного метода закалочно-микроструктурного анализа, позволяющего исследовать этапы и характер фазовых превращений при кристаллизации, независимо от степени метастабильности системы. Его основа — высокоскоростная закалка от температур фазовых превращений, определённых методом ДТА. Экспериментально показано, что скорости охлаждения, которые реализуются при использовании закалочно-микроструктурного анализа, составляют (1,8–3,7)$\cdot10^3$°С/с. Исследования, проведенные на сплаве АК7 (А356) с использованием установленных скоростей охлаждения, показали эффективность предложенного метода анализа для изучения особенностей фазовых превращений в процессе кристаллизации. Установлены механизмы формирования железосодержащих фаз. Показано, что основной железосодержащей фазой в сплаве АК7 является интерметаллид $\beta$-FeSiAl$_5$ пластинчатой формы, который входит в состав эвтектик. Получено экспериментальное подтверждение образования фазы $\alpha$-(Fe, Mn)$_3$Si$_2$Al$_{15}$ как по эвтектической, так и по перитектической реакциям.

Ключевые слова: закалка, кристаллизация, фазовые превращения, скорость охлаждения, сплав АК7.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v44/i02/0191.html

PACS: 61.25.Mv, 61.66.Dk, 64.60.My, 81.10.Fq, 81.30.Fb


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. Р. У. Кан, П. Т. Хаазен, Физическое материаловедение (Москва: Металлургия: 1987).
  2. М. В. Мальцев, Т. А. Барсукова, Ф. А. Борин, Металлография цветных металлов и сплавов (Москва: Металлургия: 1960).
  3. Л. Ф. Мондольфо, Структура и свойства алюминиевых сплавов (Москва: Металлургия: 1979).
  4. В. И. Мазур, А. В. Мазур, Введение в теорию сплавов (Днепропетровск: Лира ЛТД: 2009).
  5. В. П. Егунов, Введение в термический анализ (Самара: 1966).
  6. В. И. Мазур, Ю. Н. Таран, Фазовые равновесия и фазовые превращения (Киев: УМК ВО: 1988).
  7. K. Kuo, J. Iron and Steel Institute, 176: 433(1954).
  8. H. Brandis and K. Walking, DEW-Teckiscke Berichte, Bd 11, h.3: 139 (1971).
  9. J. McLaughlin, R. Wayne, and J. I. Goldstein, Metall. Mater. Trans. A, 8: 1787 (1977). Crossref
  10. В. И. Мазур, А. Г. Пригунова, Ю. Н. Таран, Физ. мет. металловед., 50, Вып. 1: 123 (1980).
  11. M. Baricco, M. Palumbo, D. Baldissin, E. Bosco, and L. Battezzati, La Metallurgia Italiana, No. 11–12: 1 (2004).
  12. И. С. Мирошниченко, Закалка из жидкого состояния (Москва: Металлургия: 1982).
  13. К. Судзуки, Х. Фудзимори, К. Хасимото, Аморфные металлы (Москва: Металлургия: 1987).
  14. А. М. Глезер, Н. А. Шурыгина, Аморфно-нанокристаллические сплавы (Москва: Физматлит: 2013).
  15. J. D. B. Demello, M. Durand-Сharul, and S. Hamar-Thibanet, Metallurgical Transactions A, 14, No. 9: 1793(1983). Crossref
  16. R. S. Jacson, J. Iron and Steel Institute, 176: 433 (1954).
  17. Е. П. Калинушкин, Э. Я. Василёв, Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа (Днепропетровск: ДМетИ: 1982).
  18. Ф. Я. Галахов, Современные методы исследования силикатов и строительных материалов (Москва: Госстройиздат: 1961).
  19. Е. П. Калинушкин, Е. В. Аршава, О. С. Якушев, МиТОМ, № 9: 13 (1987).
  20. В. И. Ульшин, С. В. Ульшин, Вісник УМТ, № 1(7): 68 (2014).
  21. А. Г. Пригунова, Л. К. Шеневідько, В. Ю. Шейгам, С. В. Пригунов, М. В. Кошелєв, Спосіб дослідження фазових перетворень і морфології фаз у процесі кристалізації, Патент України № 124431 (Опубл. 25 серпня 2020 р.).
  22. А. Г. Пригунова, Л. К. Шеневідько, В. Ю. Шейгам, С. В. Пригунов, М. В. Кошелєв, А. М. Недужий, Пристрій для дослідження фазових перетворень і морфології фаз у процесі кристалізації, Патент України № 123741 (Опубл. 25 серпня 2020 р.).
  23. В. И. Елагин, Металловедение легких сплавов (Москва: Наука: 1965), с. 60.
  24. А. Г. Пригунова, Металлофиз. новейшие технол., 20, № 12: 25 (1998).
  25. Б. И. Бондарев, Ю. В. Шмаков, Л. А. Арбузова, М. В. Зениниа, В. И. Тарарышкин, Обработка легких и специальных сплавов (Москва: ВИЛС: 1996).
  26. А. П. Скуратов, А. А. Пьяных, Теплофизика и аэромеханика, 19, № 2: 155 (2012).
  27. А. Г. Пригунова, Н. А. Белов, Ю. Н. Таран, В. Золоторевский, В. Напалков, С. С. Петров, Силумины. Атлас микроструктур и фрактограмм промышленных сплавов (Москва: МИСиС: 1996).
  28. Э. Х. Ри, С. В. Дорофеев, Ри Хосен, Вестник Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета, Вып. 8: 77 (2007).
  29. А. Ю. Аксененко, С. А. Бычков, В. Н. Климов, Н. В. Коробова, Ф. Е. Тарасов, В. Э. Фризен, С. Ю. Шевченко, Металлургия машиностроения, № 2: 17(2013).