Структура и свойства алюмоникелевого сплава эвтектического состава, закристаллизованного в постоянном магнитном поле

Исследованы структура эвтектического сплава Al-Ni, влияние на нее постоянного однородного магнитного поля при кристаллизации расплава и изменения свойств полученных материалов....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Дубоделов, В.И., Середенко, В.А., Косинская, А.В., Хоружий, В.Я.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2012
Schriftenreihe:	Процессы литья
Schlagworte:	Кристаллизация и структурообразование сплавов
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126246
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Структура и свойства алюмоникелевого сплава эвтектического состава, закристаллизованного в постоянном магнитном поле / В.И. Дубоделов, В.А. Середенко, А.В. Косинская, В.Я. Хоружий // Процессы литья. — 2012. — № 4. — С. 14-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-126246
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1262462025-02-23T17:42:43Z Структура и свойства алюмоникелевого сплава эвтектического состава, закристаллизованного в постоянном магнитном поле Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Косинская, А.В. Хоружий, В.Я. Кристаллизация и структурообразование сплавов Исследованы структура эвтектического сплава Al-Ni, влияние на нее постоянного однородного магнитного поля при кристаллизации расплава и изменения свойств полученных материалов. Досліджено структуру евтектичного сплаву Al-Ni, вплив на неї постійного однорідного магнітного поля при кристалізації розплаву і зміну властивостей одержаних матеріалів. The structure of the eutectic Al-Ni alloy, influence on it constant uniform magnetic field during crystallization of the melt and properties change of the obtained materials were investigated. 2012 Article Структура и свойства алюмоникелевого сплава эвтектического состава, закристаллизованного в постоянном магнитном поле / В.И. Дубоделов, В.А. Середенко, А.В. Косинская, В.Я. Хоружий // Процессы литья. — 2012. — № 4. — С. 14-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126246 669.715:538.65:536.421.4 ru Процессы литья application/pdf Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Кристаллизация и структурообразование сплавов Кристаллизация и структурообразование сплавов
spellingShingle	Кристаллизация и структурообразование сплавов Кристаллизация и структурообразование сплавов Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Косинская, А.В. Хоружий, В.Я. Структура и свойства алюмоникелевого сплава эвтектического состава, закристаллизованного в постоянном магнитном поле Процессы литья
description	Исследованы структура эвтектического сплава Al-Ni, влияние на нее постоянного однородного магнитного поля при кристаллизации расплава и изменения свойств полученных материалов.
format	Article
author	Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Косинская, А.В. Хоружий, В.Я.
author_facet	Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Косинская, А.В. Хоружий, В.Я.
author_sort	Дубоделов, В.И.
title	Структура и свойства алюмоникелевого сплава эвтектического состава, закристаллизованного в постоянном магнитном поле
title_short	Структура и свойства алюмоникелевого сплава эвтектического состава, закристаллизованного в постоянном магнитном поле
title_full	Структура и свойства алюмоникелевого сплава эвтектического состава, закристаллизованного в постоянном магнитном поле
title_fullStr	Структура и свойства алюмоникелевого сплава эвтектического состава, закристаллизованного в постоянном магнитном поле
title_full_unstemmed	Структура и свойства алюмоникелевого сплава эвтектического состава, закристаллизованного в постоянном магнитном поле
title_sort	структура и свойства алюмоникелевого сплава эвтектического состава, закристаллизованного в постоянном магнитном поле
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Кристаллизация и структурообразование сплавов
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126246
citation_txt	Структура и свойства алюмоникелевого сплава эвтектического состава, закристаллизованного в постоянном магнитном поле / В.И. Дубоделов, В.А. Середенко, А.В. Косинская, В.Я. Хоружий // Процессы литья. — 2012. — № 4. — С. 14-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Процессы литья
work_keys_str_mv	AT dubodelovvi strukturaisvojstvaalûmonikelevogosplavaévtektičeskogosostavazakristallizovannogovpostoânnommagnitnompole AT seredenkova strukturaisvojstvaalûmonikelevogosplavaévtektičeskogosostavazakristallizovannogovpostoânnommagnitnompole AT kosinskaâav strukturaisvojstvaalûmonikelevogosplavaévtektičeskogosostavazakristallizovannogovpostoânnommagnitnompole AT horužijvâ strukturaisvojstvaalûmonikelevogosplavaévtektičeskogosostavazakristallizovannogovpostoânnommagnitnompole
first_indexed	2025-11-24T04:27:18Z
last_indexed	2025-11-24T04:27:18Z
_version_	1849644483783688192
fulltext	14 SN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 4 (94) Кристаллизация и структурообразование сплавов хрома в чугуне (0,45-1,4 %) способствуют получению дисперсного перлита, ста- билизируют структуру чугуна, обеспечивая удовлетворительную жаростойкость и ростоустойчивость. Легирование чугуна хромом из расплава шлака достаточно эффективно и эко- номически выгодно, поскольку позволяет исключить использование феррохрома из технологического процесса получения отливок. 1. Бобро Ю. Г. Жаростойкие и ростоустойчивые чугуны . – М.: Машгиз, 1960. – 167с. 2. Александров Н. Н., Клочнев Н. И. Технология получения и свойства жаростойких чугунов. – М.: Машиностроение, 1964. – 169с. 3. Легирование чугуна хромом из оксидного расплава электросталеплавильного шлака / В. Н. Костяков, Н. В. Кирьякова, А. И. Мацкул и др. // Процессы литья. – 2010. – № 1. – С. 63-65. Поступила 29.03.2012 УДК 669.715:538.65:536.421.4 В. И. Дубоделов, В. А. Середенко, А. В. Косинская, В. Я. Хоружий Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев СТРУКТУРА И СВОЙСТВА АЛЮМОНИКЕЛЕВОГО СПЛАВА ЭВТЕКТИЧЕСКОГО СОСТАВА, ЗАКРИСТАЛЛИЗОВАННОГО В ПОСТОЯННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ Исследованы структура эвтектического сплава Al-Ni, влияние на нее постоянного однородного магнитного поля при кристаллизации расплава и изменения свойств полученных материалов. Ключевые слова: сплавы Al-Ni, затвердевание, постоянное магнитное поле, структура, эвтектический состав. Содержание Cr, % Перлит Ледебурит Цементит 0,45-0,57 274-285 439-446 – 0,93 274-285 439-455 – 1,4 314-330 – 882-920 Таблица 2. Твердость по Виккерсу структурных составляющих, HV0,01, кгс/мм2 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 4 (94) 15 Кристаллизация и структурообразование сплавов Досліджено структуру евтектичного сплаву Al-Ni, вплив на неї постійного однорідного магнітного поля при кристалізації розплаву і зміну властивостей одержаних матеріалів. Ключові слова: сплави Al-Ni, твердіння, постійне магнітне поле, структура, евтектичний склад. The structure of the eutectic Al-Ni alloy, influence on it constant uniform magnetic field during crystallization of the melt and properties change of the obtained materials were investigated. Keywords: Al-Ni alloys, solidification, constant magnetic field, structure, eutectic composition. Одним из вариантов изготовления композиционных материалов на алюминиевой основе является метод жидкофазного реакционного синтеза (“�n-s�tu” процесс), основанный на протекании экзотермических реакций между металлическим рас- плавом и реакционно активными добавками металлов. Образующиеся при этом кристаллы интерметаллидов обладают высокой термодинамической стабильностью и хорошей адгезией с матрицей. Получаемые реакционным способом композиты характеризуются лучшим (чем в “�n-v�tro” процессе) распределением и дисперс-ro” процессе) распределением и дисперс-o” процессе) распределением и дисперс- ностью армирующих фаз [1, 2]. Литейные сплавы должны обладать достаточной жидкотекучестью для обе- спечения качества получаемых отливок. Наилучшими литейными свойствами ха- рактеризуются составы с большим количеством эвтектической составляющей [3, 4]. Наиболее приемлемым представляется способ, связанный с формированием эвтектической структуры, сочетающей твердый раствор и вторую фазу, входящую в эвтектику, которая улучшала бы литейные показатели и не снижала бы механиче- ских свойств литого материала. Обобщение сведений, приведенных в литературе, показало, что наилучшие результаты в системе Al-N� были получены при наличии в качестве второй фазы эвтектики соединения Al 3 N� [3-5]. Никель содержится в алюминиевых литейных сплавах (АК7М2, Ал1, Ал25 и другие) в виде легирующего элемента (0,8-3,6 %) и как примесь (0,2-0,3 %). Известен также алюминиевый сплав Ан-3, содержащий 2,7-3,3 % N�, который нашел применение в подшипниках различных агрегатов [6]. Алюмоникелевые сплавы эвтектического состава в связи с большой прочностью на растяжение волокон интерметаллида Al 3 N� (до 2760 МПа), их значительной твердостью (до 770 HV) и высокой термической устойчивостью структуры рассматриваются как естественные композиционные материалы, на основе которых можно достичь повышенной прочности при терми- ческой стабильности литых изделий [4, 7, 8]. Поэтому создание новых композитов на базе литейных сплавов Al-N� эвтектического состава является перспективным направлением. Управлять структурой и кинетикой кристаллизации с целью получения материа- лов с улучшенными механическими свойствами представляется возможным при использовании магнитных полей. Известны результаты исследований по кристал- лизации бинарной системы Al-N� с 10 и 20 % N� при воздействии поля от 1,0 до 1,5 Тл [9]. Влияние более сильных постоянных магнитных полей (порядка 10 Тл) изучали при кристаллизации заэвтектических сплавов 8-13 % N� [10]. Было изучено также влияние слабых однородных постоянных магнитных полей, силовые линии которых направлены перпендикулярно гравитационной силе, на микроструктуру, формирую- щуюся при кристаллизации до- и заэвтектических алюмоникелевых сплавов [11]. Настоящие исследования посвящены изучению влияния скорости охлаждения на микроструктуру и свойства алюмоникелевого сплава эвтектического состава, кристаллизовавшегося в статических условиях при воздействии однородного постоянного магнитного поля индукцией 0,25 Тл. При проведении работы были 16 SN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 4 (94) Кристаллизация и структурообразование сплавов получены образцы, содержащие 5,6-5,8 % N�. Компонентами для этого служили алюминий технической чистоты (А6) и электролитический никель (Н2). Сплавы готовили в печи электросопротивления с нихромовым нагревателем. После приготовления в печи и установления температуры, превышающей температуру солидуса на 150 0С, расплавы охлаждали на воздухе в поле постоянного магнита (силовые линии поля направлены горизонтально) с разной скоростью. Для обе- спечения скорости охлаждения 1,3 0С/с готовили образцы массой 5-6 г, диаметром 15-16 мм и высотой 9-12 мм в алундовых тиглях, которые после приготовления расплава перемещали в межполюсное пространство магнита. Для более низкой скорости охлаждения (0,5-0,7 оС/с) образцы массой 75-80 г, диаметром 19-20 мм и высотой 85 мм формировали в специальной форме, изготовленной из плавле- нолитого фторфлогопитового материала, которую предварительно нагревали до 150-200 0С. Подготовленный расплав заливали в эту форму, установленную в меж- полюсное пространство магнита, где он кристаллизовался. Для сравнения в обоих опытах в идентичных условиях получали образцы, не подвергавшиеся воздействию магнитного поля. Структуру сплавов изучали в плоскости разреза параллельно силовым линиям магнитного поля. Использовали методы металлографического и микрорентгеноспектрального (РЭММА-102) анализов. Микротвердость струк- турных составляющих определяли с помощью прибора ПМТ-3. Триботехнические испытания образцов проводили на установке МТ-68 по пальчиковой схеме при трении скольжения по стальному (65Г) контртелу при скорости 0,2 м/с и нагрузке 5 кг с применением смазки. Анализ структуры образцов, не подвергавшихся воздействию магнитного поля, показал, что она имеет отличия, связанные со скоростью охлаждения материа- лов. Сплавы, охлаждавшиеся при Vохл = 0,5-0,7 0С/с, имеют дендритное строение, представленное четко индивидуализированными дендритами α-твердого раство- ра алюминия, промежутки которых заполнены эвтектикой (Al) + Al3N� (рис. 1, а). Структура образцов, охлаждавшихся со скоростью 1,3 0С/с, представлена слабо индивидуализированными нечеткими дендритами α-твердого раствора алюминия и эвтектикой (рис. 1, б). Размер кристаллических образований в этих сплавах в 1,5-3,0 раза меньше, чем в материалах, полученных при более медленной кри- сталлизации, присутствуют образования Al 3 N�. а б в Рис. 1. Микроструктура сплавов, кристаллизовавшихся с различной скоростью охлаждения (а, б) вне действия магнитного поля, и вид эвтектики после воздей- ствия магнитного поля индукцией 0,25 Тл (в): а – скорость охлаждения 0,5-0,7 0С/с; б, в – 1,3 0С/с ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 4 (94) 17 Кристаллизация и структурообразование сплавов Образующиеся сплавы содержат практически оди- наковое количество эвтектики. Но микротвердость ее в образцах при медленной кристаллизации несколько выше, чем у более быстро кристаллизовавшихся мате- риалов. Микротвердость α-фазы имеет близкие зна- чения. Полученные показатели находятся в пределах ошибки опыта. Плотность сравниваемых материалов практически одинаковая (табл. 1). Влияние магнитного поля проявляется в виде изменения структуры, размера и морфологии фаз, содержания эвтектики в сплавах. В обоих случаях увеличивается размер кристаллических образований α-фазы. Возрастает количество эвтектики (табл. 1). В случае быстрого охлаждения это влияние проявляется более наглядно. Количество эвтектической состав- ляющей структуры повышается в 1,8-2,5 раза при быстром охлаждении и в 1,5 раза – при более медлен- ном (рис. 2). Возрастает ее микротвердость: на 26 и 2 % соответственно скорости охлаждения. В сплавах с более высокой скоростью охлаждения под воздей- ствием магнитного поля изменяется вид эвтектики. (рис. 1, в). Металлографически установили, что в ней присутствует больше отдельных включений Al 3 Ni. Из нитевидных кристаллов они увеличиваются в размере до 30-50 мкм и превращаются в кристаллические об- разования игольчатой и пластинчатой конфигураций (рис. 1,б, в; 3), характеризуются высокой микротвер- достью (Нµ = 130-190 кг/мм2), что в 6-8 раз превы- шает твердость α-фазы. Образующиеся включения содержат (ат.%): Al – 78-80; Ni –19,4-21,3; Fe – 0,04- 0,3. За счет формирования интерметаллидов данного состава уменьшается содержание никеля в эвтектике сплавов, подвергнутых воздействию магнитного поля. В наибольшей степени это проявляется в случае более высокой скорости кристаллизации расплавов (табл. 2). В результате формируется “in-situ” композит, в котором на фоне относительно мягкой матрицы (эвтектики) выделяются твердые армирующие включения (интер- металлиды состава Al 3 Ni). Наблюдаемые структурные превращения влияют на показатели изнашивания об- разцов. Увеличение количества эвтектики и включений, происходящее в результате действия магнитного поля на кристаллизующийся расплав, способствует повыше- нию износостойкости сплавов. В наибольшей степени это наблюдается при быстром охлаждении расплавов. Таким образом, структурные показатели, определя- ющие свойства полученных материалов, связаны с осо- бенностями их изготовления: скоростью охлаждения и кристаллизацией в условиях воздействия магнитного Н ом ер об ра зц а С ко ро ст ь ох ла ж де ни я, о С /с И нд ук ци я м аг ни то го по ля , Т л Р аз м ер кр ис та лл ич ес ки х о бр аз ов ан ий α -ф аз ы , м км М ик ро тв ер до ст ь α -ф аз ы , к г/ м м 2 К ол ич ес тв о эв те кт ек ти ки , % М ик ро тв ер до ст ь эв те кт ек ти ки , кг /м м 2 И нт ен си вн ос ть из на ш ив ан ия , м г/ (к м . см 2 ) П ло тн ос ть , кг /м 3 68 1, 3 0 от 1 00 -1 50 д о 10 00 21 ,3 30 -5 0 22 ,0 2, 65 27 30 70 1, 3 0, 25 от 5 00 д о 10 00 21 ,9 80 -9 0 29 ,7 1, 23 27 20 6 0, 5- 0, 7 0 от 3 00 -5 00 д о 10 00 -1 50 0 20 ,0 30 -4 0 28 ,6 2, 47 27 50 5 0, 5- 0, 7 0, 25 от 5 00 д о 35 00 20 ,2 50 -6 0 29 ,0 1, 91 27 50 Та б л и ц а 1 . Х а р а кт е р и с ти ки с тр ук ту р ы и с в о й с тв и с с л е д о в а н н ы х с п л а в о в 18 SN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 4 (94) Кристаллизация и структурообразование сплавов поля. Магнитное поле, усиливая диффузию никеля в кристаллизующемся расплаве, способствует образованию интерметаллида типа Al 3 N�. Это приводит к увеличению количества эвтектики и отдельных включений. Интенсифицирует этот процесс более высокая скорость охлаждения сплава. Структура эвтектического характера с армирующими включениями, формирующаяся при этом, обеспечивает материалу хорошие показатели износостойкости. При более низкой (в 2 раза) скорости охлаждения преимуществен рост дендритов α-фазы. Количества эвтектики (как и интерметаллидных включений) в матери- але меньше. В идентичных условиях испытаний износ образцов выше. В результате можно кон- статировать, что достичь лучших показателей свойств, при одновременном формировании Рис. 2. Микроструктура сплавов (в отраженных электронах), кристал- лизовавшихся со скоростью 0,5-0,7 0С/с вне действия магнитного поля (а) и при воздействии магнитного поля индукцией 0,25 Тл (б); черное – α-фаза, светлое – эвтектика, х250 а б Рис. 3. Включения Al 3 N� (режим от- раженных электронов), х1000 Номер образца Скорость охлаждения, оС/с Индукция магнитого поля, Тл Содержание элементов, %мас. α-твердый раствор алюминия эвтектика Al Fe Ni Al Fe Ni 68 1,3 0 99,49 0,08 0,43 88,28 0,04 11,68 70 1,3 0,25 99,58 - 0,42 93,12 0,05 6,83 6 0,5-0,7 0 99,63 - 0,37 90,45 - 9,55 5 0,5-0,7 0,25 99,55 - 0,45 90,19 - 9,81 Таблица 2. Состав структурных составляющих исследованных сплавов, охлаждавшихся с различной скоростью ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 4 (94) 19 Кристаллизация и структурообразование сплавов композитов, можно в условиях воздействия магнитного поля на кристаллизующийся расплав при скорости его охлаждения более 1 0С/с. Перспективы дальнейшего развития проведенных исследований предполагаются в изучении влияния повышенных скоростей охлаждения (до 50 0С/с) расплавов Al-N� эвтектического состава в постоянном магнитном поле и уточнении эффективного диапазона его индукции. 1. Формирование структуры и свойств новых комбинированных алюмоматричных компози- ционных материалов, полученных с использованием “�n-s�tu” процесса / А. В. Панфи- лов, А. А. Панфилов, Т. А. Чернышова и др. // Процессы литья. – 2004. – № 4. – С. 23-26. 2. Курганова Ю. А., Чернышова Т. А., Курганов С. В. Получение алюмоматричных дисперсно- упрочненных композиционных материалов // Металлургия машиностроения. – 2010. – № 2. – С. 38-40. 3. Белов Н. А., Золоторевский В. С. Литейные сплавы на основе алюминиевоникелевой эвтектики (никалины) как возможная альтернатива силуминам // Цв. металлы. – 2003. – № 2. – С. 99-105. 4. Баландин Г. Ф., Заболоцкий А. А. Перспективы литых композиционных материалов // Ли- тейн. пр-во. – 1971. – № 3. – С. 4-7. 5. Белов Н. А., Золоторевский В. С., Тагиев Э. Э. Влияние алюминида никеля и силицида магния на структуру, механические и литейные свойства сплава Al-Zu-Mg-Cu // Металлы. – 1992. – № 1. – С. 146-151. 6. Шпагин А. И. Антифрикционные сплавы . – М.: Металлургия, 1956. – 320 с. 7. Елагин В. И. Конструкционные наноструктурные сплавы на алюминиевой основе // Цв. металлы. – 2009. - № 6. – С. 103-111. 8. Влияние условий кристаллизации на свойства эвтектических композиционных сплавов на основе алюминия / Ю. С. Веселянский, Л. Л. Горушнина, В. И. Захаров и др. //Литейн. пр-во. – 1973. – № 4. – С. 27-28. 9. Об управлении структурой кристаллизующихся металлов постоянным магнитным по- лем / М. Ю. Абрицка, В. Х. Витола, Я. Х. Карклинь и др. //Магнитная гидродинамика. – 1976. – № 3. – С. 119-124. 10. Структурообразование до- и заэвтектических сплавов Al-N� при их затвердевании в по- стоянном однородном магнитном поле / В. И. Дубоделов, В. А. Середенко, С. С. Зату- ловский и др. // Процессы литья. – 2010. – № 6. – С. 45-53. 11. Li Х., Ren Z., Deng K. Act�on of H�ng Magnet�c F�ld on Crystalstructural Fhase Al 3 N� of Al-N� Alloys// Ch�n I. Nonferrous Metals. – 2006. – № 16, V. 3. – P. 476-481. Поступила 02.03.2012

Структура и свойства алюмоникелевого сплава эвтектического состава, закристаллизованного в постоянном магнитном поле

Institution

Ähnliche Einträge