Разработка новых литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn с добавками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr

Предлагаются новые литейные сплавы на основе системы Al-Mg-Si. Структура сплава AlMg5Si2Mn, содержащего 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti+0,1 %мас. Zr, была исследована с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. Обнаружено, что добавление Li...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автори:	Прач, Е.Л., Трудоношин, А.И., Бойко, В.В., Михаленков, K.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2014
Назва видання:	Металл и литье Украины
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159720
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:	Разработка новых литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn с добавками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr / Е.Л. Прач, А.И. Трудоношин, В.В. Бойко, K.В. Михаленков // Металл и литье Украины. — 2014. — № 8. — С. 17-23. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-159720
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1597202025-02-09T17:06:16Z Разработка новых литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn с добавками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr Розробка нових ливарних сплавів системы Al-Mg-Si-Mn с домішками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr Development of new casting alloys of the system Al-Mg-Si-Mn with additions 1,0 ace. Li and 0,1 ace. Ti 0,1 ace. Zr Прач, Е.Л. Трудоношин, А.И. Бойко, В.В. Михаленков, K.В. Предлагаются новые литейные сплавы на основе системы Al-Mg-Si. Структура сплава AlMg5Si2Mn, содержащего 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti+0,1 %мас. Zr, была исследована с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. Обнаружено, что добавление Li вызывает модификацию эвтектических ламелей (Al)+(Mg₂Si), делает их тоньше, при этом межламельное расстояние увеличивается. Добавление Ti+Zr не изменяет морфологию эвтектики, но сильно уменьшает размер дендритов α-Al. Гомогенизация исследуемых сплавов при 570 °C приводит к дезинтеграции ламелей Mg₂Si. Полученные результаты показали, что термическая обработка AlMg5Si2Mn улучшает ее механические свойства. Запропоновано нові ливарні сплави на основі системи Al-Mg-Si. Структура сплаву AlMg5Si2Mn, що містить 1,0 %мас. Li і 0,1 %мас. Ti+0,1 %мас. Zr, була досліджена за допомогою диференціальної скануючої калориметрії, скануючої і просвічующої електронної мікроскопії. Виявлено, що додавання литію викликає модифікацію евтектичних ламелей (Al) + (Mg₂Si), робить їх тонше, при цьому міжламельна відстань збільшується. Додавання Ti + Zr не змінює морфологію евтектики, але набагато зменшує розмір дендритів α-Al. Гомогенізація досліджуваних сплавів при 570 °C призводить до дезінтеграції ламелей Mg₂Si. Отримані результати показали, що термічна обробка AlMg5Si2Mn покращує її механічні властивості. In this paper it was proposed to design new casting alloys on the base of the Al-Mg-Si system. Structure of AlMg5Si2Mn alloy containing 1.0 wt.% Li and 0.1 wt.% Ti+0.1 wt.% Zr alloys was investigated by differential scanning calorimetry, scanning and transmission electron microscopy. It was observed that addition of Li causes modification of (Al)+(Mg₂Si) eutectic lamellas making them thinner and interlamella distance becomes larger. Ti+Zr addition does not change eutectic morphology but strongly reduces the size of α-Al dendrites. Homogenization of studied alloys at 570 °C results in disintegration of Mg₂Si lamellas. Obtained results showed that heat treatment of AlMg5Si2Mn improves its mechanical properties. Авторы благодарят Вышеградский фонд и Немецкую службу академических обменов (DAAD) в поддержке исследований, включенных в статью. Кроме того, авторы хотели бы поблагодарить исследовательский центр ICDAM в г. Праге, Чехии за предоставление материальной базы для проведения исследований. 2014 Article Разработка новых литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn с добавками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr / Е.Л. Прач, А.И. Трудоношин, В.В. Бойко, K.В. Михаленков // Металл и литье Украины. — 2014. — № 8. — С. 17-23. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159720 669.715 ru Металл и литье Украины 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
description	Предлагаются новые литейные сплавы на основе системы Al-Mg-Si. Структура сплава AlMg5Si2Mn, содержащего 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti+0,1 %мас. Zr, была исследована с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. Обнаружено, что добавление Li вызывает модификацию эвтектических ламелей (Al)+(Mg₂Si), делает их тоньше, при этом межламельное расстояние увеличивается. Добавление Ti+Zr не изменяет морфологию эвтектики, но сильно уменьшает размер дендритов α-Al. Гомогенизация исследуемых сплавов при 570 °C приводит к дезинтеграции ламелей Mg₂Si. Полученные результаты показали, что термическая обработка AlMg5Si2Mn улучшает ее механические свойства.
format	Article
author	Прач, Е.Л. Трудоношин, А.И. Бойко, В.В. Михаленков, K.В.
spellingShingle	Прач, Е.Л. Трудоношин, А.И. Бойко, В.В. Михаленков, K.В. Разработка новых литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn с добавками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr Металл и литье Украины
author_facet	Прач, Е.Л. Трудоношин, А.И. Бойко, В.В. Михаленков, K.В.
author_sort	Прач, Е.Л.
title	Разработка новых литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn с добавками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr
title_short	Разработка новых литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn с добавками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr
title_full	Разработка новых литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn с добавками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr
title_fullStr	Разработка новых литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn с добавками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr
title_full_unstemmed	Разработка новых литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn с добавками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr
title_sort	разработка новых литейных сплавов системы al-mg-si-mn с добавками 1,0 %мас. li и 0,1 %мас. ti + 0,1 %мас. zr
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2014
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159720
citation_txt	Разработка новых литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn с добавками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr / Е.Л. Прач, А.И. Трудоношин, В.В. Бойко, K.В. Михаленков // Металл и литье Украины. — 2014. — № 8. — С. 17-23. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Металл и литье Украины
work_keys_str_mv	AT pračel razrabotkanovyhlitejnyhsplavovsistemyalmgsimnsdobavkami10maslii01masti01maszr AT trudonošinai razrabotkanovyhlitejnyhsplavovsistemyalmgsimnsdobavkami10maslii01masti01maszr AT bojkovv razrabotkanovyhlitejnyhsplavovsistemyalmgsimnsdobavkami10maslii01masti01maszr AT mihalenkovkv razrabotkanovyhlitejnyhsplavovsistemyalmgsimnsdobavkami10maslii01masti01maszr AT pračel rozrobkanovihlivarnihsplavívsistemyalmgsimnsdomíškami10maslii01masti01maszr AT trudonošinai rozrobkanovihlivarnihsplavívsistemyalmgsimnsdomíškami10maslii01masti01maszr AT bojkovv rozrobkanovihlivarnihsplavívsistemyalmgsimnsdomíškami10maslii01masti01maszr AT mihalenkovkv rozrobkanovihlivarnihsplavívsistemyalmgsimnsdomíškami10maslii01masti01maszr AT pračel developmentofnewcastingalloysofthesystemalmgsimnwithadditions10aceliand01aceti01acezr AT trudonošinai developmentofnewcastingalloysofthesystemalmgsimnwithadditions10aceliand01aceti01acezr AT bojkovv developmentofnewcastingalloysofthesystemalmgsimnwithadditions10aceliand01aceti01acezr AT mihalenkovkv developmentofnewcastingalloysofthesystemalmgsimnwithadditions10aceliand01aceti01acezr
first_indexed	2025-11-28T09:45:40Z
last_indexed	2025-11-28T09:45:40Z
_version_	1850026907448377344
fulltext	17МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (255) ’2014 Известно, что сплавы системы Al-Mg-Si относят- ся к группе дисперсионно-упрочняющихся сплавов и могут подвергаться термообработке для достижения необходимой комбинации свойств. Тем не менее, оп- тимальная температура и время гомогенизации, так же, как температура и время для искусственного ста- рения, еще не установлены. Эффект дополнительного легирования сплава AlMg5Si2Mn, например, Li или Ti+Zr, на формиро- вание структуры и свойств еще не изучены в пол- ной мере, так же как и термообработка. Из ранних работ Иосифа Фридляндера и других [7] ясно, что добавление лития к Al-Cu- или Al-Mg-сплавам мо- жет значительно улучшить их свойства одновре- менно с уменьшением их плотности. В последние годы был достигнут прорыв в разви- тии деформируемых Al-Cu-Li- и Al-Mg-Li-сплавов. Тем не менее, ни одного литийсодержащего литого сплава еще не было разработано. Было предложено исполь- зовать литейный сплав AlMg5Si2Mn в качестве базово- го материала для разработки литийсодержащего ли- тейного сплава. Твердый раствор сплава AlMg5Si2Mn содержит 2,4 %мас. Mg, (0,3-0,4) %мас. Mn и не со- держит кремния. В этом случае зерна будут аналогич- ны Al-Mg-сплаву и добавление лития может повысить механические свойства материала. Таким образом, целью настоящей работы являет- ся установление влияния добавок лития и Ti+Zr на микроструктуру и механические свойства Al-Mg-Si-Mn литейного сплава в литом состоянии и после терми- ческой обработки. Методика проведения исследования. Химиче- ские составы исследуемых сплавов представлены в табл. 1. В качестве базового был выбран сплав Al5Mg2Si0,6Mn (обозначен H). В ведение. Автомобильная и аэрокосмическая промышленности с каждым годом проявляют все больший интерес к развитию новых сплавов для производства легких конструкций. В этом контексте, сплавы системы Al-Mg-Si считаются пер- спективными для производства листов и прессован- ных деталей с помощью деформируемых сплавов (6061, 6005 и т. д.) и тонкостенного литья с исполь- зованием сплава AlMg5Si2Mn. Известно, что литей- ные сплавы Al-Mg-Si обладают хорошей коррозион- ной стойкостью, свариваемостью и хорошими меха- ническими свойствами. Возможность улучшения механических свойств AlMg5Si2Mn путем легирования Cu, Zn, Cr, Ti, Zr, Sc + Zr, Li и термообработкой является довольно ограниченной и противоречивой [1-4]. В работе [1] описано влияние добавки Sc + Zr в AlMg3Si1 (в со- стоянии Т5) на предел прочности на разрыв (UTS): 270 МПа при комнатной температуре и 265 – при 250 °C. В работе [2] сплав AlMg5Si2Mn, отлитый в кокиль, показывает лишь небольшое увеличение растяжения и предела прочности после термообра- ботки в режиме T6 вместе со значительно меньшим удлинением при разрыве – около 2,5 % при отпуске, и снижение до 1,4 % – после искусственного старения. Литературные источники, такие как [5], показы- вают, что предел прочности коммерческого сплава A356 (при режиме T6) может достигать 300 МПа, а удлинение 6,0 %. Сопоставимым с A356 является сплав AlMg5Si2Mn [6], где предел прочности варьи- руется от 255 до 298 МПа, и удлинение находится в диапазоне от 1,2 до 3,2 %. Это на порядок ниже, чем у сплава AlMg5Si2Mn + 0,2 %мас. Ti, который был отлит под высоким давлением, где удлинение может достигать 15 % [3]. УДК 669.715 Е. Л. Прач, А. И. Трудоношин, В. В. Бойко, K. В. Михаленков Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев Технический университет Берлина, Берлин Разработка новых литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn с добавками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr Предлогаются новые литейные сплавы на основе системы Al-Mg-Si. Структура сплава AlMg5Si2Mn, содержащего 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti+0,1 %мас. Zr, была исследована с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. Обнаружено, что добавление Li вызывает модификацию эвтектических ламелей (Al)+(Mg2Si), делает их тоньше, при этом межламельное расстояние увеличивается. Добавление Ti+Zr не изменяет морфологию эвтектики, но сильно уменьшает размер дендритов a-Al. Гомогенизация исследуемых сплавов при 570 °C приводит к дезинтеграции ламелей Mg 2 Si. Полученные результаты показали, что термическая обработка AlMg5Si2Mn улучшает ее механические свойства. Ключевые слова: алюминий, литейные сплавы, эвтектика, микроструктура, предел прочности, предел текучести Авторы благодарят Вышеградский фонд и Немецкую службу академических обменов (DAAD) в поддержке исследова- ний, включенных в статью. Кроме того, авторы хотели бы поблагодарить исследовательский центр ICDAM в г. Праге, Чехии за предоставление материальной базы для проведения исследований. 18 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (255) ’2014 Таким образом, экспериментально было подтверждено, что началь- ная температура плавления спла- вов Al-Mg-Si равняется 594±3 °C, что на 26 °C выше, чем для спла- вов системы Al-Si. Для того, чтобы объяснить эти эффекты, данные ДСК срав- нивали с фазовой диаграммой Al-Mg2Si (рис. 2). ДСК основного сплава (образец Н) полностью со- ответствуют результатам, полученным для образцов Т и L, то есть добавление 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr и 1 %мас. Li не влияет на плавление и кристаллиза- цию литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn. Микроструктурные исследования. Структуры ба- зового сплава и после легирования литием и (Ti+Zr), показаны на рис. 3. Все сплавы демонстрируют равноосную зернистую структуру и четыре фазовых компонента: твердый раствор a-Al (серый, обозна- чен 1); эвтектика (Al)+(Mg2Si) (темная, обозначена 2); первичный кристалл Mg2Si (темный, обозначен 3); Al(Mn,Fe) Si-фаза (белая, обозначена 4). Преимущественно морфология a-Al представ- ляет собой дендритную структуру с длинными первичными ветвями для всех трех сплавов. ДСК кривые исследуемых и коммерческого А356 сплава Фазовая диаграмма Al-Mg2Si Рис. 1. Рис. 2. Все сплавы были выплавлены в лабораторных ус- ловиях в электрической печи сопротивления с исполь- зованием графитовых тиглей. В качестве лигатур ис- пользовали AlMg50, AlSi25, AlMn26, AlLi5, AlZr10, AlTi6, в основе – алюминий высокой чистоты (A99.997). Чи- стый алюминий загружали в предварительно нагре- тый до 720 °C тигель. Когда алюминий был нагрет до 720 °C, предварительно нагретую до 350 °C лигатуру добавляли в расплав. После чего проводили дегаза- цию в атмосфере аргона в течение 10 минут. Были применены два типа термообработки. Пер- вый тип – гомогенизация, которая проводилась в электрической печи сопротивления. После гомогени- зации образцы были закалены в воде комнатной тем- пературы. Второй тип термообработки Т6, который сочетает в себе гомогенизацию при 570 °С (30 мин, 1 ч и 1,5 ч), закалку в воду комнатной температуры и искусственное старение. Искусственное старение проводилось при 175 °С в течение разного времени. Дифференциальную сканирующую калориме- трию (ДСК) проводили на NETZSCH DSC 404. Во время измерений ДСК образцы были защищены ат- мосферой аргона с расходом 75 мл · мин-1. Измерения проводились в диапазоне температур от 20 до 700 °C при скорости нагрева 10 °C · мин-1. Глубокое травление проведено по стандартной методике с использованием 15%-ного водного рас- твора NaOH. Образцы для микроструктурных исследований в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) полу- чены с использованием традиционных металлогра- фических методов. Состав фаз измерялся с помо- щью EDX анализа с использованием СЭМ. Твердость измеряли по методу Бринелля (HB), диаметр индентора 2,5 мм и нагрузка 62,5 кг. Испыта- ния микротвердости проводили на полированных, не травленных образцах на тестере Duramin-2, HV0.05 со стандартным временем нагрузки. Испытания на растяжение проводились на Instron 5582, в соответствии со стандартом EN ISO 6892-1. Образцы также были подготовлены в соответствии с этим стандартом. Результаты и обсуждения Дифференциальная сканирующая калориме- трия. На рис. 1 представлены кривые изменения теплового потока в зависимости от температуры для исследуемых сплавов и коммерческих сплавов. Пер- вый эндотермический эффект соответствует плавле- нию эвтектики (Al) + (Mg2Si). Этот тепловой эффект начинается при Tэвт_onset = 594±3 °C, температура максимального теплового потока Tпик_1 = 602±3 °C. Второй тепловой эффект относится к плавлению зерна a-Al. Максимум второго пика Tпик_2 = 621±3 °C. Таблица 1 Номинальный состав исследуемых сплавов Сплав Содержание элементов, %мас. (Al – основа) Mg Si Mn Li Ti Zr H 5,0 2,0 0,6 – – – L -//- -//- -//- 1,0 – – T -//- -//- -//- – 0,1 0,1 560 570 580 590 600 610 620 630 640 Температура, °С -4 -3 -2 -1 0 Те п л о в о й п о т о к , м В т / м г H L T A356 Ex o Н L T Те пл ов ой п от ок , м Вт /м г Температура, °С Mg2Si, %мас. 19МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (255) ’2014 Эвтектика (Al)+(Mg2Si) имеет слоистую морфологию, где длинные пластины Mg2Si чередуются с a-Al. Кри- сталлы Mg2Si имеют правильную многогранную фор- му и расположены в центрах эвтектических колоний. Добавление лития приводит к модификации эвтекти- ческих ламелей, преобразуя их из пластин в волокна, что наблюдалось на глубоко травленных образцах. Добавление (Ti+Zr) несет небольшой эффект из- мельчения зерна. Длина ветвей дендритов в сплаве T меньше по сравнению с H и L сплавами. Распределение элементов. Зерна a-Al. Несмо- тря на разницу в морфологии, вызванной модифи- цирующим эффектом лития, состав матрицы всех сплавов изменяется незначительно. Твердый рас- твор a-Al сплавов L и T содержит магний (табл. 2) и марганец. Содержание магния в твердом растворе было замерено в СЭМ с использованием ускоряю- щего напряжения 15 кВ и составило 2,44 %мас. Рас- пределение магния между дендритными ветвями не является однородным и изменяется в диапазоне от 2,2 до 2,5 %мас. для сплава L, от 2,5 до 2,6 %мас. для сплава T. Для всех сплавов содержание Mn в твердом рас- творе a-Al составляет 0,45±0,05 %мас. В сплаве T кон- центрация титана и циркония составляет 0,2 %мас. Его распределение неоднородно и достигает в некоторых точках (близких к центру дендритов ветвей) 0,33 %мас. Концентрация Si в зернах a-Al для всех сплавов бы- ло менее 0,4 %мас. Средний состав a-Al матрицы для всех образцов представлен в табл. 2. Эвтектика. EDX спектры ламелей, исключая алюминий, показали состав эвтектических ламелей близкий к стехиометрическому, а именно 62,5 ат.% Mg и 31,2 ат.% Si. EDX спектры в межламельных участках показали высокую концентрацию магния и кремния (табл. 3). Сплавы L и Т представляют различную морфо- логию эвтектики (Al)+(Mg2Si), тем самым доказы- вая, что образование эвтектики в системе Al-Mg-Si чувствительно к легирующим элементам. Эвтек- тика в сплаве L имеет волокнистую структуру [8] (рис. 4, а), а в сплаве Т эвтектика представляет со- бой тонкие пластины. Марганецсодержащая фаза. Морфология пер- вичной марганец-содержащей фазы наблюдается в обоих сплавах L и T и представлена на рис. 3. Ее химический состав, ат.%: Al – 74,45; Mn – 15,78; Si – 4,73, Fe – 0,04, и эта фаза может быть иденти- фицирована как a-Al(Mn,Fe)Si, которую также можно обнаружить в коммерческих литейных алюминиевых сплавах после легирования марганцем. Первичные кристаллы. Стехиометрический со- став Mg2Si составляет 66,7 ат.% Mg и 33,3 ат.% Si (от- ношение Mg/Si составляет 2,0). В разрывном образ- це (кристалл 1 на рис. 5, а) химический состав соот- ветствует стехиометрическому (табл. 4). Отношение Mg/Si для глубоко протравленных образцов (кри- сталлы 2 и 3 на рис. 5, б-в) 1:1 для второго, и 1,3:1,0 для третьего кри- сталла соответственно, это связа- но с тем, что алюминиевые сплавы и фаза Mg2Si, в частности, склонны к быстрому окислению. Преципитаты. Наиболее инте- ресные результаты были получе- ны с помощью ПЭМ исследований Микроструктура H (a), L (б), T (в) сплавов в литом состоянииРис. 3. Таблица 2 Усредненный состав твердого раствора α-Al в H, L и T сплавах Сплав Содержание элементов, %мас. Al Mg Si Mn Ti Zr всего H 96,63 2,57 0,34 0,46 – – 100,00 L 96,56 2,60 0,39 0,45 – – 100,00 T 96,53 2,28 0,32 0,47 0,21 0,20 100,00 Таблица 3 Усредненный состав межламельного пространства Содержание элементов, %мас. Al Mg Si Mn всего 80,16 12,00 7,27 0,57 100,00 а б в 20 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (255) ’2014 сплавов AlMg5Si2Mn, как показано на рис. 6. Ос- новной задачей было проанализировать состав твердого раствора и выявления преципитатов, образуемых в процессе перераспределения ком- понентов в твердом растворе. Установлено, что в Al-Mg-Si-сплавах перераспределение компонентов пересыщенного твердого раствора происходит в процессе старения (последовательность выпаде- ния преципитатов SSSS→GP-I→b˝→b΄→b-Mg2Si, где SSSS – это перенасыщенный твердый раствор и GP-I – зоны Гинье-Престона). Эта последователь- Таблица 4 Состав первичного кристалла Mg2Si в L и T сплавах Спектр Содержание элемента, %мас. O Mg Si Mn Ti Zr Al остальное всего 1 1,43 60,03 35,20 0,14 – – 2,88 0,32 100,00 2 31,65 33,17 31,55 – – – 3,64 – 100,00 2 (nucleus) 33,71 13,92 10,73 0,95 28,31 1,32 2,79 5,35 100,00 3 31,76 33,98 25,20 – – – 9,05 – 100,00 ность также верна и для A356 сплава, где SSSS со- стоит из кремния и магния. Твердый раствор в зерне содержит пластинчатые частицы, которые могут быть распознаны лучше все- го на рис. 6, а. Здесь более 10 пластин, вытянутых и выровненных в горизонтальном направлении. С левой стороны они присоединены к изогнутой линии, которая может быть определена как дислокация. В работе [9] было показано, что эти частицы об- разуются после естественного старения в результате гетерогенного зародышеобразования на дислокации. Морфология эвтектики (Al)+(Mg2Si) в сплавах L (a) и T (б) Морфология первичного кристалла Mg2Si в сплаве AlMg5Si2Mn: разлом сплава T (a), глубоко травленный сплав T (б), глубоко травленный сплав L (в) Рис. 4. Рис. 5. а а б б в 21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (255) ’2014 0 1 2 3 4 Óäë è í åí è å, ì ì 0 2 4 6 8 Í àã ðó çê à, ê Í H L T Они должны быть частицами β΄-Mg9Si5-фазы. Точный химический состав этого преципитата не может быть измерен, потому что пластины настолько тонки, что окружающий материал матрицы влияет гораздо боль- ше на спектр EDX, чем преципитат. Хотя спектры, об- наруженные в таких областях, указали на обогащен- ность магнием и кремнием. Авторы [9] описали прямую зависимость плотности частиц от числа дислокаций. Исследование сплавов после гомогенизации ука- зывает на отсутствие частиц β΄-Mg9Si5 (рис. 6, б), что доказывает их растворение. Но искусственное старение при 175 °С вновь приводит к их формиро- ванию (рис. 6, в). На рис. 6, в показаны три вида морфологии пре- ципитатов. Первый – длинные иглы, лежащие в пер- пендикулярных направлениях и помечены как β˝. Второй тип преципитатов это квадратной формы пластины, и они могут быть идентифицированы как β΄-Mg2Si-частицы. Эти преципитаты случайным обра- зом распределены в матрице и имеют средние разме- ры около 25х25 нм. EDX анализ кубовидной частицы показывает, что они обогащены Mg и Si. Омори и дру- гие авторы работы [10] отметили, что частицы в виде прямоугольных параллелепипедов могут сформиро- ваться при декомпозиции кремния в твердом рас- творе. Третий тип преципитатов представляет собой тетрагональные частицы помечены как δ’. Исходя из того, что сплав L, легированный литием, эти осадки могут быть идентифицированы как δ’-Al3Li-фаза Эти прецитипаты формируются вдоль (111) алюминия и полностью когерентны с a-Al-матрицей. Механические испытания. Результаты измерений твердости и испытаний на растяжение приведены на рис. 7 и в табл. 5. Можно ожидать, что твердость протестированных сплавов должна изначально ра- сти и затем постепенно уменьшаться за счет роста ПЭМ изображения преципитатов в сплаве AlMg5Si2Mn: литое состояние (a); после гомогенизации(б); сплав L по- сле старения (в) Механические свойства литейного сплава AlMg5Si2Mn: твердость (a, б), микротвердость (в, г), кривые растяжения (д) Рис. 6. Рис. 7. а б в Удлинение, мм Н аг ру зк а, к Н 0 30 60 1200 1800 Âðåì ÿ ñòàðåí èÿ, ì èí 0 5 65 70 75 80 85 90 M aê ðî òâ åð äî ñò ü, H B T-series L-series 0 30 60 90 Âðåì ÿ ãî ì î ãåí è çàöèè, ì èí 0 5 65 70 75 80 85 90 Ì àê ðî òâ åð äî ñò ü, H B T-series L-series 0 30 60 120015001800 Âðåì ÿ ñòàðåí èÿ, ì èí 0 5 70 75 80 85 90 95 Ì èê ðî òâ åð äî ñò ü, HV 0, 05 T-series L-series 0 30 60 90 Âðåì ÿ ãî ì î ãåí è çàöè è, ì èí 0 5 70 75 80 85 90 95 M èê ðî òâ åð äî ñò ü, H V 0, 05 T-series L-series Время старения, мин Время старения, минВремя гомогенизации, мин М ак ро тв ер до ст ь, Н В М ик ро тв ер до ст ь, Н V 0 ,0 5 М ик ро тв ер до ст ь, Н V 0 ,0 5 М ак ро тв ер до ст ь, Н В Время гомогенизации, мин а б в г д 22 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (255) ’2014 b-преципитатов и потере их когерентности с алюми- ниевой матрицей. Эта тенденция наблюдается для всех упрочняемых алюминиевых сплавов, как для Al-Mg-Si или Al-Si-Mg-сплавов. Гомогенизация даже в течение 30 мин. приво- дит к значительному снижению обоих значений НВ и HV0.05. Дальнейшая выдержка ведет к последую- щему снижению твердости. Наблюдаемое снижение твердости является результатом двух процессов, которые одновременно происходят при нагревании. Первый – это сфероидизация эвтектики. Чем выше температура термообработки, тем она быстрее при- водит к дезинтеграции ламелей на более мелкие сег- менты и эффекту сфероидизации. Второй процесс представляет собой растворение b’’-преципитатов, образующихся в процессе естественного старения. Через 30 мин. искусственного старения, наблю- даются повышение HB и HV0.05 во всех исследуе- мых сплавах. После 90 мин. старения, твердость и микротвердость достигла максимума в сплавах L и Т. Длительное старения до 1800 мин. показало неболь- шое снижение HB для сплавов L и Т. Такая же зави- симость и у микротвердости. Прочностные свойства исследуемых сплавов пе- речислены в табл. 5. Видно, что свойства улучшаются в модифицированных сплавах. Для базового сплава H, значение предела текучести составляет 117 МПа, легирование Ti+Zr поднимают этот показатель на 15 %, а литием на 28 % соответственно. Из рис. 7, д Таблица 5 Результаты твердости, микротвердости и тестов на растяжение Сплав Микротвердость HV0,05 Твердость, HB Предел прочности Rm, (MПa) Предел текучести Rp0.2, (MПa) H 73 76 211 117 L 92 87 227 163 T 92 80 190 138 и табл. 5, видно, что литий оказывает положительное влияние на прочность при разрыве и удлинении, в от- личие от Ti-добавки. Выводы Результаты ДСК базового сплава полностью соот- носятся с результатами, полученными для образцов Т и L. Это показывает, что добавление легирующих элементов не влияет на тип плавления и кристалли- зацию литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn. Рабочая температура деталей из сплава AlMg5Si2Mn может быть выше, по меньшей мере на 20 °С по сравнению с A356. В литом состоянии микроструктура Al-Mg-Si-Mn сплава состоит из трех фаз: зерен твердого раство- ра α-Al, эвтектики (Al)+(Mg2Si) и первичных кристал- лов Mg2Si. α-Al проявляет дендритную морфологию с хорошо развитыми ветвями. Эвтектика состоит из ламелей пластинчатой морфологии и первичных кри- сталлов Mg2Si. Выравнивание преципитатов вдоль дислокаций показывает, что основным механизмом их образова- ния является гетерогенное зародышеобразование на дислокациях в процессе старения сплавов. Оба сплава AlMg5Si2Mn+Li и AlMg5Si2Mn+(Ti+Zr) показали аналогичные результаты по макро- и микро- твердости. Механические испытания доказывают, что гомогенизация уменьшает твердость исследуемых сплавов в связи с дезинтеграцией ламелей Mg2Si, уменьшением со- держания легирующих элементов в твердом растворе. Искусственное старение приво- дит к увеличению твердости спла- ва. Оптимальные значения макро- и микротвердости были достигнуты через 30-60 мин. старения. 1. New developments in heat resistant aluminum casting materials / K. Eigenfeld, A. Franke, S. Klan, H. Koch, B. Lenzcowski, B. Pflege // Casting plant and Technology International. – Vol. 4. – 2004. – Р. 4-9. 2. Optimizing the Heat Treatment of a ductile AlMgSi-alloy / T. Petkov, D. Kunstner, T. Pabel, C. Kneibl, P. Schumacher// Giesserei- Rundschau, Vol. 59. – 2012. – P. 194-200. 3. Development of a super ductile die cast Al-Mg-Si alloy / S. Ji, D. Watson, Z. Fan, M. White // Materials Science and Engineering. – Vol. 556. – October 2012. – P. 824-833. 4. Wuth M. C., Koch H., Franke A. J. Production of steering wheel frames with an AlMg5Si2Mn alloy // Casting Plant and Technology International. – Vol.16. – № 1. – 2000. – P. 12-24. 5. Shabestari S. G., Shahri F. Influence of modification, solidification conditions and heat treatment on the microstructure and mechanical properties of A356 aluminum alloy // Journal of Material Science. – Vol. 39. – 2004. – P. 2023-2032. 6. Pirš J., Zalar A. Investigations of the distribution of elements in phases present in G-AlMg5Si cast alloy with EDX/WDX spectrometers and AE // Microchimica Acta. – Vol. 101. – №.1-6. – 1990. – P. 295-304. 7. Fridlyander J. N., Bratukhin A. G., Davydov V. G. Soviet Al-Li Alloys of Aerospace Application, Aluminum-Lithium // Proceedings of the Sixth International Aluminum-Lithium Conference in Garmisch-Partenkirchen, PETERS, M. and WINKLER, P.-J. eds., Germany. – Vol. 1. – 1991. – P. 35-42. 8. Razaghian A., Bahrami A., Emamy M. The influence of Li on the tensile properties of extruded in situ Al-15%Mg2Si composite, Materials Science and Engineering A. – 532 (2012). – P. 346-353. 9. Microstructure characterization of AlMg5Si2Mn casting alloy / V.Boyko, T. Link, N. Korzhova, K. Mykhalenkov // Materials Science and Technology (MS&T) 2013, October 27-31, Montreal, Quebec, Canada, 2013. – Р. 1331-1338. 10. Ohmori Y., Doan L.C., Nakai K. Aging process in Al-Mg-Si alloys during contnious heating, in: Materials Transactions. – Vol. 43. – 2002. – P. 246-255. ЛИТЕРАТУРА 23МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (255) ’2014 Запропоновано нові ливарні сплави на основі системи Al-Mg-Si. Структура сплаву AlMg5Si2Mn, що містить 1,0 %мас. Li і 0,1 %мас. Ti+0,1 %мас. Zr, була досліджена за допомогою диференціальної скануючої калориметрії, скануючої і просвічующої електронної мікроскопії. Виявлено, що додавання литію викликає модифікацію евтектичних ламелей (Al) + (Mg 2 Si), робить їх тонше, при цьому міжламельна відстань збільшується. Додавання Ti + Zr не змінює морфологію евтектики, але набагато зменшує розмір дендритів a-Al. Гомогенізація досліджуваних сплавів при 570 °C призводить до дезінтеграції ламелей Mg 2 Si. Отримані результати показали, що термічна обробка AlMg5Si2Mn покращує її механічні властивості. Прач Е. Л., Трудоношин А. І., Бойко В. В., Михаленков K. В. Розробка нових ливарних сплавів системы Al‑Mg‑Si‑Mn с домішками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr Анотація Ключові слова алюміній, ливарні сплави, евтектика, мікроструктура, межа міцності, межа текучості Prach E. L., Trudonoshin A. I., Boyko V. V., Mihalenkov K. V. Development of new casting alloys of the system Al‑Mg‑Si‑Mn with additions 1,0 ace. Li and 0,1 ace. Ti 0,1 ace. Zr Summary In this paper it was proposed to design new casting alloys on the base of the Al-Mg-Si system. Structure of AlMg5Si2Mn alloy containing 1.0 wt.% Li and 0.1 wt.% Ti+0.1 wt.% Zr alloys was investigated by differential scanning calorimetry, scanning and transmission electron microscopy. It was observed that addition of Li causes modification of (Al)+(Mg2Si) eutectic lamellas making them thinner and interlamella distance becomes larger. Ti+Zr addition does not change eutectic morphology but strongly reduces the size of a-Al dendrites. Homogenization of studied alloys at 570 °C results in disintegration of Mg2Si lamellas. Obtained results showed that heat treatment of AlMg5Si2Mn improves its mechanical properties. aluminum, casting alloys, eutectic, microstructure, tensile strength, yield strengthKeywords Поступила 16.06.14 Ежемесячный научно-технологический журнал «Металл и литье Украины» предлагает разместить на своих страницах рекламу: новых технологий; оборудования и изделий; методик и материалов; предлагаемых товаров и услуг; информацию об обучении, выставках, конференциях и другую полезную информацию.

Разработка новых литейных сплавов системы Al-Mg-Si-Mn с добавками 1,0 %мас. Li и 0,1 %мас. Ti + 0,1 %мас. Zr

Репозитарії

Схожі ресурси