Вплив міді, рідкоземельних металів і заліза на зміну форми первинних інтерметалідів в алюмінієвому стопі у разі охолодження і тверднення розтопу в постійному магнетному полі

О. В. Середенко, В. О. Середенко

Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 34/1, 03142 Київ, Україна

Отримано: 17.12.2020. Завантажити: PDF

Рідкоземельні метали (РЗМ) в стопах алюмінію покращують їх властивості. Ці стопи є перспективними для застосування у транспортній галузі, авіаційній, космічній, військовій техніці та електроніці, а також для заміни деталей з титану, чавуну, сталі та міді. Використання добавок РЗМ у литих стопах алюмінію стримується суттєвим укрупненням первинних інтерметалідів (більше ніж 100 мкм), що набувають огранку голчастої і хрестоподібної форми. Дослідження проведено на багатокомпонентному стопі Al–Cu–РЗМ–Mn–Ti–Fe–Zn–Si за середнього вмісту Cu 3,7% мас. і добавки 13% мас. стопу РЗМ. Алюмінієвий стоп охолоджували і він тверднув із швидкістю 10 К/с. У структурі стопу спостерігалися первинні інтерметаліди з огранкою і хвилястим контуром. У порівнянні з пласкими, на хвилястих поверхнях інтерметалідів відбувалося зростання діапазону концентрації всіх компонентів, окрім Мn. Найбільш суттєво змінилися концентрації Cu, РЗМ і Fe. Під дією постійного магнетного поля з індукцією 0,1 Тл на розтоп, який охолоджували і він тверднув, зміна морфології включень з огранкою, схожою на хвилясту, супроводжувалася найінтенсивнішим зростанням вмісту заліза на поверхні інтерметалідів. За допомогою математичного планування експерименту отримані рівняння регресій, які характеризували вплив концентрації Cu, РЗМ і Fe, а також індукції магнетного поля на вміст заліза на поверхні інтерметалідів. Встановлено, що самим впливовим чинником є магнетне поле, а вміст РЗМ і Cu відповідно в 4,7 і 3,8 рази слабші. В інтервалі варіювання вмісту заліза в стопі, обробленого магнетним полем, не виявлено впливу кількості цієї домішки на концентрацію Fe на поверхні інтерметаліду. Виявлено, що під дією поля поведінка домішки Fe стає аналогічною модифікатору первинних інтерметалідів і її накопичення на поверхні вкраплень супроводжується втратою кристалами огранки.

Ключові слова: стоп Al–Cu–РЗМ, первинні інтерметаліди, математичне планування експерименту, тверднення, магнетне поле.

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

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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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).