Високошвидкісний гарт із рідко-твердого стану як метод дослідження фазових перетворень під час кристалізації

А. Г. Пригунова, В. І. Бєлік, Л. К. Шеневідько, М. В. Кошелєв, С. В. Пригунов

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

Отримано: 22.06.2021; остаточний варіант - 17.09.2021. Завантажити: PDF

Вивчення механізму фазових перетворень під час формування структури металів і стопів є перспективним напрямом удосконалення відомих і розробки нових матеріалів. Водночас, не втрачає актуальності необхідність розширення методичних і експериментальних можливостей способів їх дослідження. Методи металографічного аналізу, які широко використовуються, дозволяють отримувати інформацію про структурні особливості, але визначити механізм утворення фаз за мікроструктурою повністю затверділих зразків є досить проблематичним. Основним інструментом аналізу і прогнозування структурного стану зі зміною температури і хемічного складу стопів є діаграми фазових рівноваг. Однак вони не можуть бути застосованими до опису кінетики фазових переходів. Зокрема, це стосується фаз, що утворюються по перитектичних реакціях, які, зазвичай, у реальних процесах повністю не завершуються. У роботі розглянуто методичні особливості розробленого методу гартівно-мікроструктурного аналізу, що дозволяє дослідити етапи і характер фазових перетворень під час кристалізації незалежно від ступеня метастабільності системи. В його основі високошвидкісне гартування від температур фазових перетворень, визначених методом ДТА. Експериментально встановлено, що швидкості охолодження, які реалізуються у разі використання методу гартівно-мікроструктурного аналізу, складають (1,8–3,7)$\cdot10^3$°С/с. Дослідження, проведені на стопі АК7 (А356) з використанням визначених швидкостей охолодження, показали ефективність запропонованого методу аналізу для вивчення особливостей фазових перетворень у процесі кристалізації. Встановлено механізми формування залізовмісних фаз. Показано, що основною залізовмісною фазою в стопі АК7 є інтерметалід $\beta$-FeSiAl$_5$ пластинчастої форми, що входить до складу евтектик. Одержано експериментальне підтвердження утворення фази $\alpha$-(Fe, Mn)$_3$Si$_2$Al$_{15}$ як по евтектичній, так і по перитектичній реакціях.

Ключові слова: гартування, кристалізація, фазові перетворення, швидкість охолодження, стоп АК7 (А365).

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

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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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).