Термодинамічне моделювання та термічна аналіза стопу АК5М2 із 0,8–3,3% Феруму

А. Г. Пригунова, О. А. Щерецький, М. В. Кошелєв, В. Д. Бабюк, Є. А. Жидков

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

Отримано: 11.09.2021; остаточний варіант - 12.03.2022. Завантажити: PDF

Наведено результати теоретичних і експериментальних досліджень особливостей фазових перетворень у складнолеґованому стопі АК5М2, що виготовляється з брухту та відходів при зміні вмісту Феруму від 0,83 до 3,3%. З використанням програмного забезпечення фірми «Thermo-Calc» (Швеція) і бази термодинамічних даних «COST2» здійснено моделювання фазових перетворень, розраховано температури виділення фаз та їх масові частки при рівноважному та нерівноважному (модуль Scheil–Gulliver) твердненні. Для визначення переохолодження на початку тверднення та температур фазових перетворень використано різні термоаналітичні методи: комп’ютерна аналіза кривої охолодження (КТА), диференційна термічна аналіза (ДTА) та диференційна сканувальна калориметрія (ДСК). Показано, що термодинамічне моделювання фазових діяграм є ефективним інструментом прогнозування фазового складу складнолеґованих стопів, сприяє ідентифікації результатів термічної аналізи, забезпечує одержання більш достовірної інформації. Спільне використання цих метод дало змогу встановити, що збільшення вмісту Феруму приводить до зменшення переохолодження зародження і збільшення інтервалу температур солідус–ліквідус для досліджуваних стопів і збільшення кількости залізовмісних фаз, а також до зміни порядку і механізму їх утворення. Формування стопу АК5М2 з 0,83% Fe починається з виділення з розтопу первинних кристалів твердого розчину алюмінію (Al). При підвищенні вмісту Феруму до 1,46% — з фази Al$_{8}$Fe$_{2}$Si ($\alpha$). У стопі з 2,0% Fe до цієї фази додається ще одна — Al$_{13}$Fe$_{4}$, яка виділяється з розтопу першою. Проте, при обох концентраціях Феруму (1,46% і 2,0%) об’ємна частка цих первинних фаз досить незначна. З підвищенням концентрації Феруму до 3,3%, подібно до стопу з 2% Fe, з розтопу також виділяється дві залізовмісні фази — Al$_{13}$Fe$_{4}$ і Al$_{8}$Fe$_{2}$Si ($\alpha$), перша з них утворюється з досить помітним тепловим ефектом. Незалежно від вмісту Феруму в стопі, максимальна кількість залізовмісних фаз Al$_{5}$FeSi ($\beta$), Al$_{15}$(Fe, Mn)$_{3}$Si$_{2}$ або AlMnSi ($\alpha$), Al$_{8}$Fe$_{2}$Si ($\alpha$) виділяється при евтектичних реакціях, які реалізуються після утворення первинних кристалів (Al). Процеси формування інтерметалідів Mg$_{2}$Si і Al$_{2}$Cu($\theta$), що відбуваються на останніх етапах тверднення, практично не залежать від концентрації Феруму в стопі.

Ключові слова: фазові діяграми, термічна аналіза, термодинамічне моделювання, стоп АК5М2, залізовмісні фази, фазові перетворення.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v44/i05/0671.html

PACS: 05.70-а, 61.66.Dk, 64.70.K-, 64.70.kd, 81.30.Bx, 81.70.Pg


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. В. С. Золоторевский, А. Н. Белов, Металловедение литейных алюминиевых сплавов (Москва: МИСИС: 2005).
  2. Н. А. Белов, С. В. Савченко, А. В. Хван, Фазовый состав и структура силуминов. Справочник (Москва: МИСИС: 2008).
  3. О. А. Щерецький, Металознавство та обробка металів, № 2: 40 (2009).
  4. А. А. Кур, Разработка методик количественной оценки микроструктуры для прогнозирования механических свойств промышленных доэвтектических силуминов (Автореф. дис. канд. техн. наук) (Санкт-Петербург: ФГАОУ ВО «СПбПУ»: 2017).
  5. А. Г. Пригунова, Н. А. Белов, Ю. Н. Таран, В. С. Золоторевский, В. И. Напалков, С. С. Петров, Силумины. Атлас микроструктур и фрактог-рамм промышленных сплавов. Справочник (Москва: МИСИС: 1996).
  6. COST 507. Definition of Thermochemical and Thermophysical Properties to Provide a Database for the Development of New Light Alloys (Eds. I. Ansara, A. T. Dinsdale, and M. H. Rand) (European Commission. European Cooperation in the Field of Scientific and Technical Research: 1998), vol. 2.
  7. А. А. Смульский, А. И. Семенченко, С. М. Елов, Процессы литья, № 1: 10 (2002).
  8. D. M. Stefanescu, International Journal of Metalcasting, 9: 7 (2015). Crossref
  9. W. J. Boettinger and U. R. Kattner, Metall. Mater. Trans. A, 33A: 1779 (2002). Crossref
  10. C. Garcia-Cordovilla and E. Louis, Thermochim. Acta, 93: 653 (1985). Crossref
  11. ASTM E967-97: Standard Practice for Temperature Calibration of Differential Scanning Calorimeters and Thermal Analyzers.
  12. А. Г. Пригунова, Г. М. Зелинская, М. В. Кошелев, Процессы литья, 136, № 4: 20 (2019).
  13. Mousa Javidani, Effect of Cu, Mg and Fe on Solidification Processing and Microstructure Evolution of Al–7Si Based Foundry Alloys (Thesis of Disser. for PhD) (Canada, Quebec: Laval University: 2015).
  14. Yong Du, Y. A. Chang, Shuhong Liu, Baiyun Huang, F.-Y.Xieb, Ying Yang, and S.-L. Chen, Zeitschrift für Metallkunde, 96, No. 12: 1351 (2005). Crossref