Воздействие слабого постоянного магнитного поля на литую структуру сплава алюминия с железом и кремнием
Установлено, что под воздействием слабого постоянного магнитного поля, наложенного на охлаждающийся и затвердевающий сплав алюминия, содержащего железо и кремний, происходит перераспределение компонентов сплава между зернами основы и межзеренными пространствами. Определено, что магнитное поле сложны...
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2013
|
| Назва видання: | Процессы литья |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132911 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Воздействие слабого постоянного магнитного поля на литую структуру сплава алюминия с железом и кремнием / В.И. Дубоделов, В.А. Середенко, Е.В. Середенко, А.В. Косинская, Е.А. Набока // Процессы литья. — 2013. — № 2. — С. 40-49. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-132911 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1329112025-02-09T13:29:55Z Воздействие слабого постоянного магнитного поля на литую структуру сплава алюминия с железом и кремнием Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Середенко, Е.В. Косинская, А.В. Набока, Е.А. Новые литые материалы Установлено, что под воздействием слабого постоянного магнитного поля, наложенного на охлаждающийся и затвердевающий сплав алюминия, содержащего железо и кремний, происходит перераспределение компонентов сплава между зернами основы и межзеренными пространствами. Определено, что магнитное поле сложным образом влияет на изменение размеров зерен основы, а также размеров, количества и формы включений железосодержащих фаз. Выяснено, что слабое постоянное магнитное поле способствует изменению фазового состава сплава, что отображается на величине микротвердости различных зон отдельных зерен сплава. Встановлено, що під впливом слабкого постійного магнітного поля, накладеного на сплав алюмінію з залізом і кремнієм, який охолоджується і твердне, відбувається перерозподіл компонентів сплаву між зернами основи і межзеренними просторами. Визначено, що магнітне поле складним чином впливає на зміну розмірів зерен основи, а також розмірів, кількості і форми включень залізовмісних фаз. З’ясовано, що слабке постійне магнітне поле сприяє зміні фазового складу сплаву, що відображається на величині мікротвердості різних зон окремих зерен сплаву. It was found, that under the influence of weak constant magnetic field superimposed on the cooling and solidifying aluminum alloy containing iron and silicon, alloy components redistribution between the grains and grain spaces took place. It was determined, that the magnetic field influences on change of the matrix grain sizes, as well as the size, number and shape of inclusions with iron by complex way. It was found, that weak magnetic field lead to change the phase composition of the alloy and it is connect with the microhardness of various zones of the individual grains of the alloy. 2013 Article Воздействие слабого постоянного магнитного поля на литую структуру сплава алюминия с железом и кремнием / В.И. Дубоделов, В.А. Середенко, Е.В. Середенко, А.В. Косинская, Е.А. Набока // Процессы литья. — 2013. — № 2. — С. 40-49. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132911 538.65:536.421.4:538 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 |
Новые литые материалы Новые литые материалы |
| spellingShingle |
Новые литые материалы Новые литые материалы Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Середенко, Е.В. Косинская, А.В. Набока, Е.А. Воздействие слабого постоянного магнитного поля на литую структуру сплава алюминия с железом и кремнием Процессы литья |
| description |
Установлено, что под воздействием слабого постоянного магнитного поля, наложенного на охлаждающийся и затвердевающий сплав алюминия, содержащего железо и кремний, происходит перераспределение компонентов сплава между зернами основы и межзеренными пространствами. Определено, что магнитное поле сложным образом влияет на изменение размеров зерен основы, а также размеров, количества и формы включений железосодержащих фаз. Выяснено, что слабое постоянное магнитное поле способствует изменению фазового состава сплава, что отображается на величине микротвердости различных зон отдельных зерен сплава. |
| format |
Article |
| author |
Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Середенко, Е.В. Косинская, А.В. Набока, Е.А. |
| author_facet |
Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Середенко, Е.В. Косинская, А.В. Набока, Е.А. |
| author_sort |
Дубоделов, В.И. |
| title |
Воздействие слабого постоянного магнитного поля на литую структуру сплава алюминия с железом и кремнием |
| title_short |
Воздействие слабого постоянного магнитного поля на литую структуру сплава алюминия с железом и кремнием |
| title_full |
Воздействие слабого постоянного магнитного поля на литую структуру сплава алюминия с железом и кремнием |
| title_fullStr |
Воздействие слабого постоянного магнитного поля на литую структуру сплава алюминия с железом и кремнием |
| title_full_unstemmed |
Воздействие слабого постоянного магнитного поля на литую структуру сплава алюминия с железом и кремнием |
| title_sort |
воздействие слабого постоянного магнитного поля на литую структуру сплава алюминия с железом и кремнием |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Новые литые материалы |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132911 |
| citation_txt |
Воздействие слабого постоянного магнитного поля на литую структуру сплава алюминия с железом и кремнием / В.И. Дубоделов, В.А. Середенко, Е.В. Середенко, А.В. Косинская, Е.А. Набока // Процессы литья. — 2013. — № 2. — С. 40-49. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| series |
Процессы литья |
| work_keys_str_mv |
AT dubodelovvi vozdejstvieslabogopostoânnogomagnitnogopolânalituûstrukturusplavaalûminiâsželezomikremniem AT seredenkova vozdejstvieslabogopostoânnogomagnitnogopolânalituûstrukturusplavaalûminiâsželezomikremniem AT seredenkoev vozdejstvieslabogopostoânnogomagnitnogopolânalituûstrukturusplavaalûminiâsželezomikremniem AT kosinskaâav vozdejstvieslabogopostoânnogomagnitnogopolânalituûstrukturusplavaalûminiâsželezomikremniem AT nabokaea vozdejstvieslabogopostoânnogomagnitnogopolânalituûstrukturusplavaalûminiâsželezomikremniem |
| first_indexed |
2025-11-26T04:57:57Z |
| last_indexed |
2025-11-26T04:57:57Z |
| _version_ |
1849827612028829696 |
| fulltext |
40 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98)
НОВЫЕ ЛИТЫЕ МАТЕРИАЛЫ
УДК 538.65:536.421.4:538
В. И. Дубоделов, В. А. Середенко, Е. В. Середенко,
А. В. Косинская, Е. А. Набока
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
ВОЗДЕЙСТВИЕ СЛАБОГО ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО
ПОЛЯ НА ЛИТУЮ СТРУКТУРУ СПЛАВА АЛЮМИНИЯ
С ЖЕЛЕЗОМ И КРЕМНИЕМ
Установлено, что под воздействием слабого постоянного магнитного поля, наложенного на
охлаждающийся и затвердевающий сплав алюминия, содержащего железо и кремний, про-
исходит перераспределение компонентов сплава между зернами основы и межзеренными
пространствами. Определено, что магнитное поле сложным образом влияет на изменение
размеров зерен основы, а также размеров, количества и формы включений железосодер-
жащих фаз. Выяснено, что слабое постоянное магнитное поле способствует изменению
фазового состава сплава, что отображается на величине микротвердости различных зон
отдельных зерен сплава.
Ключевые слова: сплав алюминия, слабое постоянное магнитное поле, литая структура,
железосодержащие фазы, микротвердость.
Встановлено, що під впливом слабкого постійного магнітного поля, накладеного на сплав
алюмінію з залізом і кремнієм, який охолоджується і твердне, відбувається перерозпо-
діл компонентів сплаву між зернами основи і межзеренними просторами. Визначено, що
магнітне поле складним чином впливає на зміну розмірів зерен основи, а також розмірів,
кількості і форми включень залізовмісних фаз. З’ясовано, що слабке постійне магнітне поле
сприяє зміні фазового складу сплаву, що відображається на величині мікротвердості різних
зон окремих зерен сплаву.
Ключові слова: сплав алюмінію, слабке постійне магнітне поле, лита структура, залізовмісні
фази, мікротвердість.
It was found, that under the influence of weak constant magnetic field superimposed on the cooling
and solidifying aluminum alloy containing iron and silicon, alloy components redistribution between
the grains and grain spaces took place. It was determined, that the magnetic field influences on
change of the matrix grain sizes, as well as the size, number and shape of inclusions with iron by
complex way. It was found, that weak magnetic field lead to change the phase composition of the
alloy and it is connect with the microhardness of various zones of the individual grains of the alloy.
Kеywords: aluminum alloy, weak constant magnetic field, cast structure, phases with iron,
microhardness.
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98) 41
Новые литые материалы
Алюминий и ряд его сплавов благодаря высокой электропроводности, неболь-
шой плотности, меньшей стоимости по сравнению с более дефицитной ме-
дью и ее проводниковыми сплавами [1], а также значительным природным за-
пасам алюминия [2] широко используются в электротехнике. Технический алю-
миний (АД0) и электротехнический алюминий (преимущественно А5Е) широко
применяют для изготовления проводов, кабелей, шнуров, шин, кабелей и труб.
Алюминиевые проводниковые сплавы имеют то же назначение, что и электротех-
нический алюминий и используются при необходимости обеспечения более вы-
сокой прочности, сопротивления ползучести и других специальных требований
[1]. Поскольку добавки элементов в алюминий снижают его электропроводность,
то проволоку делают из технического алюминия (марок А5Е, А7Е) или низколеги-
рованных сплавов, в частности марки АВЕ [2]. Для повышения прочности мате-
риалов из алюминия в их состав вводится железо. Кремний также присутствует
в этих материалах, поскольку является основной примесью алюминия [3]. Содер-
жание железа и кремния в электротехническом алюминии и его низколегирован-
ных проводниковых сплавах соответственно составляет, в %: АД0 – до 0,3; А5Е – до
0,18-0,35 и 0,1 (ГОСТ 11069-2001); АВЕ – до 0,4-0,7 и 0,45-0,6 (ГОСТ 20967-75).
При одновременном присутствии железа и кремния в структуре сплава могут об-
разовываться фазы FeAl
3
, α(AlFeSi), β(AlFeSi) – табл. 1. Вследствие неравномерного
распределения железа в сплавах могут присутствовать фазы с его различным со-
держанием [7]. Фаза FeAl
3
выделяется по границам зерен, образуя длинные тонкие
иглообразные кристаллы [6], β(AlFeSi) – в форме грубых игольчатых выделений,
резко снижающих пластические свойства металла [3]. В структуре сплавов фаза
α(AlFeSi) кристаллизуется в виде скелетообразных включений [6]. Для свойств
сплавов алюминия наиболее благоприятной формой железосодержащих включений
является дисперсная скелетообразная, компактная или глобулярная [8].
Для уменьшения отрицательного влияния железосодержащих фаз игольчатой
формы на свойства алюминиевых сплавов при их производстве используются
технологические приемы, направленные на измельчение включений – ускоренное
охлаждение [3], легирование сплава титаном [8], изменение морфологии β(AlFeSi)-
фазы на компактную сплошную или компактную скелетообразную модифицирова-
нием сплавов марганцем, хромом, никелем, ванадием, молибденом, кобальтом,
бериллием [3, 8].
При производстве сплавов алюминия, к которым предъявляются высокие тре-
бования по содержанию примесей, необходимо постоянное обновление возврата и
Таблица 1. Характеристики железосодержащих фаз в сплавах алюминия с
железом и кремнием
Фаза Образование в структуре сплава
Температура обра-
зования фазы, 0С
Состав фазы, %
FeAl3
эвтектическая реакция
Ж FeAl3 + αAl [4]
655 [4]
40,83 Fe,
59,17 Al [4]
α(AlFeSi)
перитектическая реакция
Ж + FeAl3 α(AlFeSi) [5] или
непосредственно из жидкости [6]
628 [5]
32,12 – 32,45 Fe,
8,41 – 10,32 Si [4]
β(AlFeSi)
перитектическая реакция
Ж + α(AlFeSi) β(AlFeSi) [5] или
непосредственно из жидкости [6]
611 [5]
26,65 – 27,18 Fe,
13,82 – 14,93 Si [4]
← →
← →
← →
42 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2. (98)
Новые литые материалы
применение специального инструмента при плавке [9], поскольку в процессе плавки
содержание железа и кремния увеличивается из-за взаимодействия с огнеупорной
футеровкой и стальным плавильным инструментом [3]. Очистка алюминия от железа
фильтрованием и другими способами является трудоемкой и дорогостоящей про-
цедурой. Предприятия, производящие металлический алюминий с повышенным
содержанием железа, в связи с реализацией низкосортного алюминия по низким
ценам терпят убытки. Поэтому разработка сплавов на основе системы алюминий-
железо с повышенным содержанием железа является актуальной задачей [10].
Количество железа в таких сплавах составляет 0,2-3,0 %, они рассматриваются
как перспективные электротехнические, коррозионностойкие конструкционные и
акустодемпфирующие материалы [11-13]. Основными направлениями повышения
свойств таких материалов является легирование цирконием [2], РЗМ, элементами
подгруппы галлия [11-13], а также применение внешних воздействий на жидкий
и кристаллизующийся сплав, в том числе постоянного магнитного поля [14, 15].
При исследовании действия слабого магнитного поля с индукцией (В) 0,1 и 0,2 Тл
на структуру сплава Al – 0,4 % Fe, полученного полунепрерывным методом литья,
отмечалось изменение морфологии зерен сплава от столбчатых к разветвленным
со вторичными ветвями [14]. Однако при этом не уделялось внимания включениям
в межзеренных пространствах сплава. Результаты по изучению действия сильного
постоянного магнитного поля (В = 12 Тл) на сплав алюминия с 2,89 % Fe, получен-
ного литьем в изложницы [15], указывают на измельчение фазы FeAl
3
, ее равно-
мерное распределение по образцам и ориентацию кристаллов перпендикулярно
постоянному магнитному полю. В работе не приведены сведения о морфологии
включений железосодержащей фазы и ее размерах. Согласно данным работы [16]
обработка затвердевающего непрерывнолитого слитка сплава АЛ 4 (8,0 – 10,5 %
Si, до 0,9 % Fe) слабым постоянным магнитным полем с В = 0,045; 0,090; 0,135;
0,180; 0,225 и 0,275 Тл привела к подавлению образования включений кремния и
фазы AlMnSiFe при В ≥ 0,1 Тл и истончению эвтектики. Отмечалось также увели-
чение микротвердости зерен α-твердого раствора алюминия под воздействием
постоянного магнитного поля, что связывалось с увеличением содержания в нем
марганца, кремния и железа. Однако не приведены зависимости микротвердости
отдельных зерен сплава, в частности, их различных зон, от величины индукции
магнитного поля.
Таким образом, остается недостаточно изученным вопрос о влиянии слабого
постоянного магнитного поля на фазы кристаллизующихся сплавов алюминия с
железом, содержащих небольшие добавки (до 1,0 %) кремния. Недостаточно ото-
бражены количественные характеристики воздействия постоянного магнитного поля
на структурные составляющие сплавов алюминия, в частности, системы алюминий-
железо. Также не приведены данные по изменению микротвердости отдельных зерен
алюминиевых сплавов в зависимости от индукции магнитного поля, наложенного
на сплав в период его охлаждения и затвердевания.
Целью данной работы было изучение действия слабого постоянного магнитного
поля с индукцией 0,1-1,0 Тл на фазы затвердевающего сплава алюминия, легиро-
ванного железом с примесью кремния, и микротвердость различных зон отдельных
зерен сплава, охлажденного и закристаллизованного в условиях, характерных для
обычных способов литья.
Исследовали сплав алюминия с 1,0 % Fe и 0,3 % Si. Содержание в сплаве других
примесей не превышало 0,05 %. Сплав выплавляли в лабораторной печи электро-
сопротивления в алундовом тигле, затем после термовременной обработки при
850 0С в течение 10 мин помещали в зазор электромагнита, где он охлаждался и
затвердевал со скоростью ~ 1 °С/с под воздействием горизонтального магнитного
поля с индукцией 0,10; 0,25; 0,5; 0,75 и 1,00 Тл. В контрольных экспериментах ток
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98) 43
Новые литые материалы
в обмотку электромагнита не подавали. Литую структуру образцов сплава изуча-
ли на травленых шлифах (в 1 %-ный раствор фтороводородной кислоты в смеси
этилового спирта (30 %) и дистиллированной воды (70 %)) на микроскопах для
металлографических исследований МЕТАМ – Р1 и Neophot − 2. Микротвердость
различных зон отдельных зерен сплава (центр зерна, 1/3, 1/2, 2/3 расстояния от
центра зерна, периферия зерна – на расстоянии ~ 5 мкм от его границы) измеряли
на приборе ПМТ-3.
Литая структура сплава Al-Fe-Si представляла собой зерна α-твердого раство-
ра алюминия и находящиеся в межзеренном пространстве игольчатые включения
FeAl
3
, а также отдельные образования β(AlFeSi)-фазы (с длиной ℓ и толщиной b),
рис. 1, табл. 2.
При наложении постоянного магнитного поля на охлаждающийся и затверде-
вающий сплав средний размер его зерен существенно не изменился по сравне-
нию с контрольным сплавом (рис. 1, а; 2; табл. 2). Измельчение зерен произошло
при В = 0,10 Тл в 1,08 раза, при В = 0,25 Тл − в 1,20 раз и В = 1,00 − в 1,12 раз, а
укрупнение при В = 0,50 Тл − в 1,2 раза и В = 0,75 Тл − в 1,18 раз. Анализ литых
структур образцов исследуемого сплава, полученных в условиях влияния маг-
нитного поля, показал, что в их межзеренном пространстве при В = 1,00 Тл (как
и в случае В = 0 Тл) присутствуют фазы FeAl
3
и β(AlFeSi), а при 0,10 Тл ≤ В ≤ 0,75 Тл
Таблица 2. Характеристики литой структуры сплава Al -1,0 % Fe - 0,3 % Si,
полученного без и под воздействием слабого постоянного магнитного поля
Индук-
ция маг-
нитного
поля, Тл
Средний
размер
зерна,
мкм
Включения фаз в структуре сплава
FeAl3 β(AlFeSi) α(AlFeSi)
ℓmin- ℓmax,
мкм
bmin-bmax,
мкм
ℓmin- ℓmax,
мкм
bmin-b max,
мкм
ℓ, b,
мкм
0 70,2 ± 9,1 3 – 25 ≤ 1 20 – 70 2 – 4 -
0,10 64,9 ± 8,0 3 – 22 ≤ 1 3 – 12 3 – 5 ~ 1
0,25 58,4 ± 10,5 3 – 16 ≤ 1 5 – 12 3 – 5 ~ 1
0,50 84,4 ± 11,5 3 – 15 ≤ 1 10 – 15 5 – 8 ~ 1
0,75 82,7 ± 9,2 3 – 19 ≤ 1 3 – 12 3 – 5 ~ 1
1,00 62,5 ± 6,7 3 - 55 2 5 – 12 3 – 8 -
25 мкм
50 мкм
β(AlFeSi)
FeAl3
а б
Рис. 1. Структура сплава Al -1,0 % Fe - 0,3 % Si: а – зерна и межзеренные про-
странства в литой структуре сплава; б – включения FeAl3 и β(AlFeSi)
FeAl
3
β(AlFeSi)
44 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2. (98)
Новые литые материалы
а б
в г
д
Рис. 2. Зерна и межзеренные пространства в структуре сплава Al -1,0 % Fe - 0,3 % Si,
полученного под воздействием слабого постоянного магнитного поля: а – В = 0,10 Тл;
б – В = 0,25 Тл; в – В = 0,50 Тл; г – В = 0,75 Тл; д – В = 1,00 Тл
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98) 45
Новые литые материалы
Рис. 3. Участки межзеренного пространства с включениями FeAl3 и β(AlFeSi) в структуре
сплава Al - 1,0 % Fe - 0,3 % Si, полученного под воздействием слабого постоянного маг-
нитного поля: а – В = 0,10 Тл; б – В = 0,25 Тл; в – В = 0,50 Тл; г – В = 0,75 Тл; д – В = 1,00 Тл
ба
в г
д
β(AlFeSi)
β(AlFeSi)
β(AlFeSi)
β(AlFeSi)
FeAl
3
FeAl
3
FeAl
3
FeAl
3
FeAl
3
β(AlFeSi)
46 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2. (98)
Новые литые материалы
кроме указанных фаз дополнительно возникает α(AlFeSi)-фаза. На рис. 1, б и 3
показаны участки межзеренного пространства с фазами FeAl3 и β(AlFeSi). Рис. 4
иллюстрирует участки α(AlFeSi)-фазы, которая в сплаве, обработанном магнитным
полем с индукцией 0,10; 0,25 и 0,75 Тл, образуется в виде оболочек, окружающих
отдельные зерна (рис. 4, а, б, г). В сплаве, охлажденном и затвердевшем в поле
с В = 0,50 Тл, α(AlFeSi)-фаза имеет две модификации – в виде оболочек и дис-AlFeSi)-фаза имеет две модификации – в виде оболочек и дис-)-фаза имеет две модификации – в виде оболочек и дис-
персных включений (рис. 4 в, е).
Включения FeAl
3
под воздействием слабого постоянного магнитного поля изме-
нили свои размеры (рис. 3, табл. 2). Максимальная длина этих включений уменьши-
лась в сплаве, обработанным магнитным полем с В = 0,10 -0,75 Тл, в 1,1-1,7 раза.
Наложение на сплав магнитного поля с индукцией 1,00 Тл вызвало увеличение длины
максимальных включений более чем вдвое. Воздействие постоянного магнитного
поля привело к изменению (как у контрольного сплава) игольчатой формы β(AlFeSi)-
фазы на удлиненную, с меньшим значением ℓ и большим значением b включений,
а также компактную (рис. 3, табл. 2). Количество включений этой фазы возросло
до 4 раз для В = 0,25 и 0,75 Тл, и до 5 раз – для В = 1,00 Тл. Исключением являлся
сплав, обработанный магнитным полем с индукцией 0,50 Тл, в его структуре наблю-
дались единичные включения β(AlFeSi)-фазы. В структуре сплава алюминия оболочки
α(AlFeSi)-фазы имели толщину при В = 0,50 Тл ~ 1 мкм, В = 0,10 Тл ~ 1-2 мкм, В =
=0,25 и 0,75 Тл ~ 1-3 мкм (рис. 4, д). Площадь зон поверхности шлифа, на которых
располагалась α(AlFeSi)-фаза в виде оболочек, составляла ~ 7 % (В = 0,10 Тл), ~ 6 %
(В = 0,25 Тл), ~ 4 % (В = 0,50 Тл) и ~ 2 % (В = 0,75 Тл) от общей площади шлифов спла-
вов. Определили, что при В = 0,50 Тл количество игольчатых включений FeAl3 резко
сократилось (более чем на ~ 90 %). В структуре сплава преобладала α(AlFeSi)-фаза
в виде дисперсных компактных включений (рис. 4, е; табл. 2).
Изменения, произошедшие в структуре сплава Al -1,0 % Fe - 0,3 % Si под воз-Al -1,0 % Fe - 0,3 % Si под воз- -1,0 % Fe - 0,3 % Si под воз-Fe - 0,3 % Si под воз- - 0,3 % Si под воз-Si под воз- под воз-
действием постоянного магнитного поля, вероятно, связаны с перераспределением
компонентов между зернами основы и межзеренными пространствами. Сопо-
ставление литых структур (рис. 1-4), данных табл. 1 и результатов по измерению
микротвердости зерен сплава (рис. 5), которая, в частности, зависит от содержания
компонентов в фазе [17], указывает на взаимосвязь между изменениями, проис-
ходящими с железосодержащими фазами, для формирования которых необхо-
димо различное содержание в межзеренном пространстве железа и кремния, и
соответствующим уровнем микротвердости исследованных зон отдельных зерен
сплава. Появление в структуре сплава при наложении постоянного магнитного поля
с индукцией 0,01; 0,25 и 0,75 Тл дополнительных дисперсных включений β(AlFeSi)-
фазы и участков α(AlFeSi)-фазы наряду с уменьшением микротвердости половины
или большего числа изученных зон отдельных зерен сплава может быть связано с
увеличением количества железа и кремния в межзеренном пространстве за счет
его сокращения в зернах сплава. Неоднородность распределения этих компонентов
в сплаве, возможно, повлияла на их распределение между фазами – для форми-
рования α(AlFeSi)-фазы необходимо больше железа, но меньше кремния, чем для
β(AlFeSi)-фазы (см. табл. 1).
В магнитном поле с индукцией 0,50 Тл усилился процесс перераспределения
компонентов – преобладание в структуре сплава α(AlFeSi)-фазы и наибольшее
снижение микротвердости всех зон зерен сплава (рис. 1-5) может быть связано с
ростом содержания железа и кремния в межзеренном пространстве по сравнению
с другими образцами сплава. Для образования α(AlFeSi)-фазы необходимо мень-AlFeSi)-фазы необходимо мень-)-фазы необходимо мень-
ше железа, чем для FeAl
3
, но требуется и кремний. Отношение количества железа
к кремнию в исследуемом сплаве составляет ~ 3,3; в α(AlFeSi)-фазе соотношение
этих компонентов ~ 3,8, в β(AlFeSi)-фазе ~ 1,8 (см. табл. 1). Вероятно, концентрация
железа и кремния в сплаве так же повлияла на предпочтительное возникновение
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98) 47
Новые литые материалы
а б
в г
д е
Рис. 4. Участки α(AlFeSi)-фазы в литой структуре сплава Al -1,0 % Fe - 0,3 % Si, полу-
ченного под воздействием слабого постоянного магнитного поля: а – В = 0,10 Тл;
б – В = 0,25 Тл; в – В = 0,50 Тл; г – В = 0,75 Тл; д – характерная структура α(AlFeSi)-фазы
в виде сплошной оболочки; е – α(AlFeSi)-фаза в сплаве в виде дисперсных включений,
В = 0,50 Тл
α(AlFeSi)
α(AlFeSi)
α(AlFeSi)
α(AlFeSi)
48 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2. (98)
Новые литые материалы
α(AlFeSi)-фазы в сплаве. Наличие небольшого количества участков на поверхности
шлифов, занятых FeAl
3
(менее 10 %), и единичных включений β(AlFeSi)-фазы, воз-AlFeSi)-фазы, воз-)-фазы, воз-
можно, обусловлено неоднородностью распределения компонентов в сплаве.
Увеличение размеров включений FeAl
3
, количества включений β(AlFeSi)-фазы в
сплаве, подвергнутом воздействию магнитного поля с индукцией 1,00 Тл, а также
микротвердости его зерен, по сравнению со сплавом, затвердевшем без воздей-
ствия постоянного магнитного поля (см. рис. 1, 3, 5; табл. 2), может быть связано с
уменьшением количества железа и кремния в межзеренном пространстве. Вероятно,
при отсутствии кремния в локальной зоне межзеренного пространства образуются
более крупные включения FeAl3, а при уменьшении содержания железа – более круп-
ные, чем при других значениях индукции магнитного поля, включения β(AlFeSi)-фазы.
Таким образом, изменения в литой структуре сплава алюминия, содержащего
железо и кремний, под воздействием постоянного магнитного поля связаны с
перераспределением компонентов между зернами основы и межзеренными про-
странствами, что также отображается на величине микротвердости исследованных
зон отдельных зерен сплава. Действие слабого постоянного магнитного поля на
структурные составляющие затвердевающего сплава и его микротвердость носит
сложный характер. Такие результаты согласуются с полученными ранее данными по
влиянию слабого постоянного магнитного поля на содержание меди в зернах сплава
алюминия [18] и объясняют противоречивые сведения, приведенные в разных источ-
никах, по влиянию сильного постоянного магнитного поля на растворимость магния
(которая увеличивалась по одним данным или уменьшалась по другим) в зернах
алюминиевого сплава [19, 20]. Выяснено, что под влиянием слабого постоянного
магнитного поля с индукцией 0,25 Тл происходит наибольшее измельчение зерен
сплава, при 0,50 Тл – их наибольшее укрупнение ~ 17 % по сравнению со сплавом,
не обработанным магнитным полем. Включения β(AlFeSi)-фазы под воздействием
поля (В = 0,10-1,00 Тл) изменили форму с игольчатой (ℓ / b = 5,0-17,5) на компактную
и удлиненную (ℓ / b = 1,0-4,0), их длина уменьшилась более чем в 4 раза. Выявлено,
что под воздействием постоянного магнитного поля 0,10 Тл ≤ В ≤ 0,75 Тл происходит
240
180
200
220
140
160
120
100
центр 1/3 1/2 2/3 периферия
Расстояние от центра зерна
М
и
кр
о
тв
е
р
д
о
ст
ь,
М
П
а
Рис. 5. Изменение микротвердости в зонах зерен сплава Al -1,0 % Fe - 0,3 % Si
под воздействием слабого постоянного магнитного поля
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98) 49
Новые литые материалы
уменьшение длины включений FeAl
3
(в 1,1-1,7 раза), а при В = 1,00 Тл – увеличение
их длины до 2,2 раза. Установлено, что магнитное поле с В = 0,50 Тл способствовало
формированию дисперсных включений α(AlFeSi)-фазы вместо FeAl
3
и β(AlFeSi)-
фаз. Определено, что появление в структуре сплава α(AlFeSi)-фазы, измельчение
включений β(AlFeSi)-фазы или резкое сокращение их количества сопровождается
уменьшением микротвердости зерен сплава алюминия (В = 0,10-0,75 Тл), укруп-
нение включений FeAl
3
и β(AlFeSi)-фазы – увеличением микротвердости всех зон
отдельных зерен сплава (В = 1,00 Тл).
Перспектива дальнейших исследований заключается в определении методом
микрорентгеноспектрального анализа зависимости содержания железа и кремния
в зернах и межзеренных пространствах сплава алюминия от величины индукции
слабого постоянного магнитного поля, наложенного на сплав при его охлаждении и
затвердевании, а также проведении исследований по изучению действия слабого
постоянного магнитного поля и разных скоростей охлаждения на фазы сплава
Al-Fe-Si, температуру их затвердевания и темп охлаждения.
1. Воронцова П. А., Маслов В. В., Пешков И. Б. Алюминий и алюминиевые сплавы в электро-
технических изделиях. – М.: Энергия, 1971. – 280 с.
2. Прохоров А. Ю. Исследование и разработка технологии плавки и литья термостойкого
алюминиевого сплава с добавкой циркония с целью получения слитков для электротехни-
ческого применения: Дис. . . . канд. техн. наук. – М., 2011. – 120 с.
3. Производство отливок из сплавов цветных металлов / А. И. Курдюмов, М. В. Пикунов,
В. М. Чурсин и др. − М.: Металлургия, 1986. – 416 с.
4. Буйнов Н. Н., Мальцев М. В., Фридляндер И. Н. Алюминиевые сплавы. Металловедение
алюминия и его сплавов: Справочник. – М.: Металлургия, 1971. – 352 с.
5. Сидорин И. И. Алюминий и его сплавы. – М.: Машпром, 1959. – 72 с.
6. Мальцев М. В., Барсукова Т. А., Борин Ф. А. Металлография цветных металлов и сплавов.
− М.: Металлургиздат, 1960. – 372 с.
7. Аристова Н. А., Колобнев И. Ф. Термическая обработка литейных алюминиевых сплавов.
− М.: Металлургия, 1977. – 144 с.
8. Строганов Г. Б., Ротенберг В. А., Гершман Г. Б. Сплавы алюминия с кремнием. – М.: Метал-
лургия, 1977. – 272 с.
9. Особенности получения качественных отливок из высокопрочного алюминиевого сплава
АМ 4,5 Кд (ВАЛ 10) / В. И. Муравьев, В. И. Якимов, М. А. Заплетин и др. // Литейщик России.
– 2003. − № 1. – С. 9-14.
10. Обидов З. Р. Коррозия алюминиево-железных сплавов, легированных галлием, индием
и таллием: Дис. ... канд. техн. наук. − Душанбе, 2009. − 137 с.
11. Пат. 200500820 Таджикистан, МКИ C22C 21/00(2006.01). Сплав на основе алюминия
/ И. Т. Амонов. – Опубл. 29.12.2006, Бюл. № 6.
12. Коррозия сплава Al + 2,18 % Fe, легированного галием / З. Р. Обидов, И. Н. Аниев, И. Т. Амо-
нов и др. // Физико-химия поверхности и защита материалов. – 2011. – Т. 47, № 5.
– С. 541-544.
13. Амонов И. Т., Обидов З. Р., Ганиев И. Н. Сплавы алюминия с железом, РЗМ и элементами
подгруппы галлия. Структура, физико-химические и механические свойства сплавов. –
Веб-сайт: http://www.lap-publishing.com, 2012. − 256 с.
14. Formation of Twinned Lamellas with the Application of Static Magnetic Fields During Semiconti-
nuous Casting of Al-0.24 wt. % Fe alloy / L. Li, Y. Zhang, C. Esling et. el. // J. Cryst. Growth. −
2009. – Vol. 311, № 11. − P. 3211-3215.
15. Ban C., Han Yi., Ba Q. Action of Magnetic Field on Morphology and Distribution Al3Fe Phase
|