| ArticleName |
Влияние стронция и циркония на структурообразование, характер распределения элементов и свойства структурных составляющих литейного алюминиевого сплава АМ4,5Кд (ВАЛ10) |
| ArticleAuthorData |
Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия:
Э. Х. Ри, зав. каф. «Литейное производство и технология металлов», докт. техн. наук, эл. почта: erikri999@mail.ru
Хосен Ри, проф. каф. «Литейное производство и технология металлов», докт. техн. наук, эл. почта: opirus@bk.ru
М. В. Колисова, аспирант направления «Литейное производство», лаборант каф. «Литейное производство и технология металлов», эл. почта: malisun1994@gmail.com
НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:
В. Б. Деев, ведущий эксперт каф. «Обработка металлов давлением», докт. техн. наук, эл. почта: deev.vb@mail.ru |
| Abstract |
Методом микрорентгеноспектрального анализа (МРСА) идентифицированы структурные составляющие в лигатурных сплавах Al – Sr и Al – Zr и определены их микро- и нанотвердость. Лигатура 10 % (мас.) Al – Sr состоит из алюминида стронция Al4Sr (микротвердость 2799 МПа, нанотвердость 3230 МПа), стронциевой эвтектики Al + Al4Sr (микротвердость 721 МПа), железной эвтектики Al + Al3Fe и чистого алюминия (микротвердость 442 МПа, нанотвердость 744 МПа). Структура циркониевой лигатуры Al – Zr, % (мас.): 1,62 O2; 0,29 Si; 4,11 Zr; остальное — Al. Она состоит из мелкодисперсных кристаллов Al3Zr, твердого α-раствора кремния в алюминии, эвтектики α + Si. Микротвердость твердого α-раствора составляет 540,8 МПа, эвтектики — 983 МПа. Нанотвердость твердого α -раствора составляет 741 МПа, эвтектики + Al3Zr — 8300 МПа. Нанотвердость алюминида Al3Zr составляет 13 400 МПа. С использованием методов оптической и электронной сканирующей микроскопии и МРСА исследованы особенности формирования структурных составляющих сплава АМ4,5Кд и их свойства при модифицировании возрастающим количеством стронция и циркония (от 0,1 до 0,5 % (мас.) через интервал варьирования 0,1 % (мас.)). Стронций и цирконий, как скандий и редкоземельные металлы (РЗМ) (Ce, La), способствуют измельчению структурных составляющих — твердого α -раствора и эвтектики. Установлены закономерности изменения твердости сплава АМ4,5Кд, микротвердости и характера распределения элементов в структурных составляющих от величины добавки стронция и циркония. Микротвердость твердого α -раствора и твердость сплава АМ4,5Кд изменяются по экстремальной зависимости с их максимумами при 0,1 % (мас.) Sr и 0,2 % (мас.) Zr. Даны научные обоснования установленным зависимостям. На микротвердость эвтектики влияет характер распределения элементов в эвтектических составляющих разного состава и происхождения. При больших добавках стронция и циркония (более 0,1 и 0,2 % (мас.) соответственно) происходит снижение микротвердости эвтектики вследствие кристаллизации большого количества высокотвердых алюминидов Sr, Cu, Zr и др., охрупчивающих эвтектику и снижающих твердость сплава АМ4,5Кд.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках гос. задания № 11.3014.2017/4.6 «Исследование возможностей получения РЗМ-содержащих лигатур для модифицирования металлических сплавов». Исследования проводили на оборудовании ЦКП «Прикладное материаловедение» ФГБОУ ВО «ТОГУ» при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках гос. заданий (гос. рег. № 11.7208.2017/7.8 и 11.7213.2017/7.8). |
| References |
1. Tahiri H., Samuel A. M., Doty H. W., Valtierra S., Samuel F. H. Effect of Sr-Grain Refiner-Si Interactions on the Microstructure Characteristics of Al – Si Hypereutectic Alloys // International Journal of Metalcasting. 2018. Vol. 12, Iss. 2. P. 307–320.
2. Zhi-Xiang Huang, Hong Yan, Zhi-Wei Wang. Microstructure and mechanical properties of strontium-modified ADC12 alloy processed by heat treatment // Journal of Central South University. 2018. Vol. 25, Iss. 6. P. 1263–1273.
3. Lui T., Morales S., Karkkainen M., Brewer L. N., Nastac L. et al. The Combined Effects of Sr Additions and Heat Treatment on the Microstructure and Mechanical Properties of High Pressure Die Cast A383 Alloy // TMS 2018: Light Metals. 2018. P. 253–257.
4. Vandersluis E., Prabaharan N., Ravindran C. Solidification Rate and the Partial Modification of 319 Aluminum Alloy with Strontium // International Journal of Metalcasting. 2019. DOI: 10.1007/s40962-019-00239-w.
5. Захаров В. В. О совместном легировании алюминиевых сплавов скандием и цирконием // Металловедение и термическая обработка металлов. 2014. № 6. С. 3–8.
6. Fuller C. B., Murray J. L., Seidman D. N. Temporal evolution of the nanostructure of Al(Sc,Zr) alloys: Part I – Chemical compositions of Al3(Sc1-xZrx) precipitates // Acta Materialia. 2005. Vol. 53, Iss. 20. P. 5401–5413.
7. Knipling K. E., Karnesky R. A., Lee C. P., Dunand D. C. Seidman D. N. Precipitation evolution in Al – 0.1 Sc, Al – 0.1 Zr and Al – 0.1 Sc – 0.1 Zr (at.%) alloys during isochronal aging // Acta Materialia. 2010. Vol. 58. P. 5184–5195.
8. Ghosh G., Asta M. First-principles calculation of structural energetic of Al–TM(TM=Ti, Zr, Hf) intermetallics // Acta Materialia. 2005. Vol. 53. P. 3225–3252.
9. Бродова И. Г., Замятин В. М., Попель П. С., Есин В. О., Баум Б. А. и др. Условия формирования метастабильных фаз при кристаллизации сплавов Al – Zr // Расплавы. 1988. Т. 2. Вып. 6. С. 23–27.
10. Malek P., Janecek M., Smola B., Bartuska P., Plestil J. Structure and properties of rapidly solidified Al – Zr – Ti alloys // Journal Materials Science. 2000. Vol. 35. P. 2625–2633.
11. Popova E. A., Shubin A. B., Kotenkov P. V., Pastukhov E. A., Bodrova L. E. et al. Al – Ti – Zr master alloys: structure formation // Russian metallurgy (Metally). 2012. Vol. 2012, Iss. 5. P. 357–361.
12. Popova E. A., Kotenkov P. V., Pastukhov E. A., Shubin A. B. Master alloys Al – Sc – Zr, Al – Sc – Ti, and Al – Ti – Zr: their manufacture, composition, and structure // Russian Metallurgy (Metally). 2013. Vol. 2013, Iss. 8. P. 590–594.
13. Котенков П. В., Попова Э. А., Пастухов Э. А. Оценка модифицирующей способности опытных лигатур Al – Sc – Zr, Al – Sc – Ti, Al – Ti – Zr // Расплавы. 2014. № 4. С. 21–27.
14. Rouxel B., Mester K., Vahid A., Lamb J., Langan T. Influence of the Al3(Sc,Zr) Dispersoids and the Stretching on the Natural Ageing Behavior of a Binary Al – 4 wt.% Cu Alloys. — TMS Annual Meeting & Exhibition. TMS 2018: Light Metals. 2018. P. 1601–1607.
15. Dorin T., Ramajayan M., Lamb Y., Langan T. Y. Chapter 17: Aluminium Scandium Alloys. In Fundamentals of Aluminium Metallurgy: Recent Advances. Elsevier, 2018.
16. Mester K., Rouxel B., Langan T., Lamb J., Barnett M. et al. Understanding the Co-precipitation Mechanisms of Al3(Sc,Zr) with Strengthening Phases in Al – Cu – Li Model Alloys // TMS Annual Meeting & Exhibition. TMS 2018: Light Metals 2018. P. 223–239.
17. Yuhang Guo, Naiqin Zhao, Chunsheng Shi, Chunnian He, Jiajun li et al. Combined Effects of Pre-deformation and Pre-aging on the Mechanical Properties of Al – Cu – Mg Alloy with Sc and Zr Addition // Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed.2018. Vol. 33, Iss. 3. P. 680–687.
18. Jun-Wen Zhao, An Guo, Hi Li, Xu Zhang, Jing Han et al. Semisolid slurry of 7A04 aluminum alloy prepared by electromagnetic stirring and Sc,Zr additions // China Foundry. 2017. Vol. 14, Iss. 3. P. 188–193.
19. Sreekumar V. M., Eskin D. G. A New Al – Zr – Ti Master Alloy for Ultrasonic Grain Refinement of Wrought and Foundry Aluminum Alloys // JOM. 2016. Vol. 68, Iss. 12. P. 3088–3093. DOI: 10.1007/s11837-016-2120-x.
20. Кривопалов Д. С., Никитин К. В., Никитин В. И. и др. Получение и применение наноструктурированных модифицирующих лигатур для алюминиевых сплавов // Литейное производство. 2014. № 2. С. 5–7.
21. Кривопалов Д. С., Никитин В. В., Никитин К. В. Модифицирование алюминия и магния микрокристал лическими лигатурами, содержащими переходные метал лы // Литейщик России. 2015. № 7. С. 36–39.
22. ГОСТ 11069–2001. Стандарт РБ. Алюминий первичный. Марки. Действует в Республике Беларусь.
23. ГОСТ 859–2014. Медь. Марки. — Введ. 01.07.2015.
24. ГОСТ 1467–93. Кадмий. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
25. ТУ РБ 100196035.005–2000. Флюс покровно-рафинирующий. URL:http://evtektika.com/ru/production.html#aluminium
26. ТУ РБ 14744129.004–98. Таблетка дегазирующая с модифицирующим эффектом для заэвтектических силуминов. URL: http://evtektika.com/ru/product ion.html#aluminium
27. ГОСТ 8.748–2011. Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. Часть 1. Методы измерения. — М., 2013. — 24 с.
28. ГОСТ 9377–81. Наконечники и бойки алмазные к приборам для измерения твердости металлов и сплавов. Технические условия. — Введ. 01.01.1982.
29. ГОСТ Р ИСО 6507-1–2007. Металлы и сплавы. Измерение твердости по Виккерсу. Часть 1. Метод измерения. — М., 2008. — 16 с.
30. Лякишев Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем // Справочник: в 3 т. Т. 1 / под ред. Н. П. Лякишева. — М. : Машиностроение, 1996. — 992 с. |
