Структура та форма дендритів заліза в стопі системи Cu–Fe з додаванням Карбону, що заливався, охолоджувався та тверднув під дією постійного магнетного поля

Випуски МФіНТ » Том 46, випуск 12

О. В. Ноговіцин$^{1}$, В. О. Середенко$^{1}$, Ю. М. Романенко$^{2}$, О. В. Середенко$^{1}$, О. В. Чистяков$^{1}$

$^{1}$Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 34/1, 03142 Київ, Україна
$^{2}$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Берестейський, 37, 03056 Київ, Україна

Отримано: 03.05.2024; остаточний варіант - 09.07.2024. Завантажити: PDF

Стопи Cu–Fe з мідною основою і дисперсними (≅ 10 мкм) ґлобуляризованими вкрапленнями фази заліза є перспективними як матеріяли з високими спеціяльними властивостями. Ливарні технології є низьковитратними та мало обмеженими товщиною виробів, але за низьких швидкостей охолодження їх (до 50 К/с) формуються розгалужені дендрити (≅ 100 мкм). Тому актуальним є поліпшення дисперсности залізної фази й її будови. Встановлено, що в стопі Cu–20% Fe, витопленому в індукційній тиґльовій печі (за температури у 1723 К), мікролеґованому 0,05% C, розлитому у циліндричні форми (Re = (1,7–4,0)⋅10⁴, Ri = 6,0⋅10⁻⁵, питомі енергія та потужність перемішування — 4,4 Дж/кг і 1,1 Вт/кг), формуються структурні зони: периферійна охолоджена за 19,6 К/с протяжністю 17% від радіюса виливка зі структурою суспензії (вкраплення у 7,5 мкм) і центральна (1,1 К/с) з дендритами до 350 мкм, з яких 40% розділено на фраґменти. Постійне магнетне поле, накладене на розтоп, що заливався та тверднув, утворило магнетогідродинамічний примежовий (гартманівський) шар розтопу (Ha = 13,2) товщиною у 260 мкм, який супроводжував фронт кристалізації з формуванням периферійної зони, збільшуючи тепловіддачу (k = 72,9). Гартманівський шар і підсилені полем мікротечії біля міжфазної поверхні вкраплень, зумовлених ефектами Маранґоні та Зеєбека за рекалесценції дендритів, збільшили швидкість охолодження периферії (30,1 К/с), її ширину (34% від радіюса виливка), дисперсність суспензії (3,3 мкм), подрібнення дендритів центральної зони (150 мкм) і розділення їх на фраґменти до 90%. Посилення перемішування розтопу в середині підтоплених дендритів зруйнувало суцільні оболонки на міжфазній поверхні вкраплень і стовпчасту структуру та підвищило дисперсність (розмір ≅ 1 мкм) їхніх субзерен. Результати роботи є перспективними для одержання мідних стопів з дисперсними ґлобуляризованими дендритними вкрапленнями, розповсюдженими на весь об’єм залитих у форми циліндричних виливків з порожниною, пласких біметалевих і безперервно литих циліндричних і пласких тіл.

Ключові слова: стоп Cu–Fe, мікролеґування Карбоном, охолодження розтопу, постійне магнетне поле, дендрити заліза, лита структура.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v46/i12/1185.html

PACS: 61.25.Mv, 61.72.Mm, 68.70.+w, 81.05.Bx, 81.30.Fb, 83.60.Np, 83.80.Gh

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА

A. Chatterjee, D. Popov, N. Velisavljervic, and A. Misra, Nanomater., 12: 1514 (2022).
I. V. Krivtsun, P. I. Loboda, S. K. Fomichov, and V. V. Kvasnyts’kyy, Avtomatychne Zvaryuvannya, No. 8: 3 (2020) (in Ukrainian).
C. Wen, Y. Qiu, Z. Zhang, K. Li, C. Deng, L. Hu, D. Chen, Y. Lu, and S. Zhou, J. Alloys Compd., 971: 172675 (2024).
J. Guo, D. Lu, and J. Zou, Metals, 13, Iss. 3: 581(2023).
F. Yang, L. Dong, L. Zhou, N. Zhang, X. Zhou, X. Zhang, and F. Fang, Mater. Sci. Eng. A, 849: 143484 (2022).
A. Y. Pang, G. Chao, T. Luan, S. Gong, Y. Wang, Z. Jiang, Z. Xiao, Y. Jiang, and Z. Li, Mater. Sci. Eng. A, 826: 142012 (2021).
M. Wang, R. Zhang, Z. Xiao, S. Gong, Y. Jiang, and Z. Li, J. Alloys Compd., 820: 153323 (2020).
X. Dai, M. Xie, S. Zhou, C. Wang, M. Gu, J. Yang, and Z. Li, J. Alloys Compd., 740: 194 (2018).
K. M. Liu, D. P. Lu, H. T. Zhou, Z. B. Chen, A. Atrens, and L. Lu, Mater. Sci. Eng. A, 584: 114 (2013).
C. Biselli and D. G. Morris. Acta Mater., 44, Iss. 2: 493 (1996).
S. Liu, J. Jie, Z. Guo, G. Yin, I. Wang, and T. Li, J. Alloys Compd., 742: 99 (2018).
J. Guo, Q. Hu, J. Zou, and D. Lu, Metall. Res. Technol., 120: 312 (2023).
X. Yuan, P. Zhang, J. Wang, B. Yang, and Y. Li, Materials, 16, Iss. 14: 5180 (2023).
Y. B. Jeong, H. R. Jo, J. T. Kim, S. H. Hong, and K. B. Kim, J. Alloys Compd., 786: 341(2019).
J. Chen, Y. Zhang, S. Yue, J. Jie, and T. Li, J. Mater. Sci., 58: 16402 (2023).
I. G. Brodova, O. A. Chicova, M. A. Vityunin, T. I. Yablonskih, I. G. Shurinkina, and V. V. Astaf’ev, Phys. Metals Metallography, 108, No. 6: 591 (2009).
J. Zhang, W. Hao, J. Lin, Y. Wang, and H. Chen, J. Alloys Compd., 827: 154285 (2020).
Y. Z. Chen, F. Liu, G. C. Yang, X. Q. Xu, and Y. H. Zhou, J. Alloys Compd., 427: L1 (2007).
V. M. Glazov, Osnovy Fizicheskoy Khimii [Fundamentals of Physical Chemistry] (Moskva: Vysshaya Shkola: 1981) (in Russian).
A. Ya. Gubenko, Metally, No. 4: 99 (1997) (in Russian).
K. P. Bunin, Ya. N. Malinochka, and Yu. N. Taran, Osnovy Metallografii Chuguna [Fundamentals of Cast Iron Metallurgy] (Moskva: Metallurgiya: 1969) (in Russian).
A. Kotb, A. A. Vertman, and A. M. Samarin. Izvestiya Akademii Nauk SSSR. Metally, No. 3: 23 (1966) (in Russian).
Y. Yan, C. Wei, Y. He, C. Li, P. Zhang, J. Li, and J. Wang, China Foundry, 19: 335 (2022).
Y. Ding, Z. Xiao, M. Fang, S. Gong, and J. Dai, Mater. Sci. Eng. A, 864: 144603 (2023).
Y. B. Jeong, H. R. Jo, H. J. Park, H. Kato, and K. B. Kim, J. Mater. Research Technol., 9, Iss. 6: 15989 (2020).
S. Yue, J. Qu, G. Li, S. Liu, Z. Guo, J. Jie, S. Guo, and T. Li, J. Alloys Compd., 921: 166163 (2022).
Y. Mitsui, M. Onoue, R. Kobayashi, K. Sato, S. Kuzuhara, W. Ito, K. Takahashi, and K. Koyama, ISIJ International, 62, Iss. 3: 413 (2022).
X. Zuoa, E. Wang, L. Quc, P. Jiad, L. Zhange, and J. Hef, Materials Science Forum, 654–656: 1377 (2010).
Y. D. Zhang, C. Esling, M. Calcagnotto, M. L. Gong, H. Klein, X. Zhao, and L. Zuo, Texture, Stress, and Microstructure, 2008: 349854: (2008).
A. G. Fleysher, D. Ya. Povolotskiy, L. I. Mirkovskiy, Ts. L. Katsman, and L. Ya. Rudashevskiy, Izvestiya Vuzov. Chernaya Metallurgiya, No. 12: 126 (1989) (in Russian).
M. N. Sosnenko, Sovremennyye Liteynyye Formy [Modern Casting Molds] (Moskva: Mashinostroenie: 1967) (in Russian).
Yu. M. Gel’fgat, O. A. Lielausis, and E. V. Shcherbinin, Zhidkiy Metall pod Vozdeystviem Ehlektromagnitnykh Sil [Liquid Metal under the Influence of Electromagnetic Forces] (Riga: Zinatne: 1975) (in Russian).
E. M. Sparrow, R. Eichom, and J. L. Cregg, Phys. Fluids, 2: 319 (1959).
M. Z. Zhivov and Yu. A. Sokovishin, Vos’moye Rizhskoye Soveshchanie po Magnitnoy Gidrodinamike (Riga: Zinatne: 1975), vol. 1 (in Russian).
M. Salcudean and R. I. L. Guthrie, Metallurgical Transaction B, 9B, Iss. 2: 181 (1978).
N. O. Young, J. S. Goldstein, and M. J. Blok, J. Fluid Mech., 6, Iss. 2: 350 (1959).
C. J. Smithells, Metally [Metals] (Moskva: Metallurgiya: 1980) (Russian translation).
N. I. Fomin and L. M. Zatulovskiy, Ehlektricheskie Pechi i Ustanovki Induktsionnogo Nagreva [Electric Furnaces and Induction Heating Installations] (Moskva: Metallurgiya: 1979) (in Russian).
V. I. Byelik, L. K. Shenevid’ko, V. M. Duka, and T. H. Tsyr, Proc. XIX Int. Sci. Practical Conf. ‘Lytvo. Metalurgiya 2023’ (Kharkiv: NTU ‘KhPI’: 2023) (in Ukrainian).
A. G. Borisov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 36, No. 1: 127 (2014) (in Russian).
S. Sarkar, C. Srivastava, and K. Chattopadhyay, Mater. Sci. Eng. A, 723: 38 (2018).
E. I. Marukovich and V. Yu. Stetsenko, Lit’e i Metallurgiya, No. 2: 142 (2005) (in Russian).
Y. Wang, Y. Gao, Y. Li, W. Zhai, L. Sun, and C. Zhang, Emerging Mater. Research, 8, Iss. 4: 538 (2019).
A. S. Nuradynov, O. V. Nohovitsyn, V. P. Shkolyarenko, and I. A. Nuradinov, Protsesy Lyttya, No. 4: 13 (2022) (in Ukrainian).