Структура и микротвердость Аl-Мn сплавов в области эвтектического и перитектического превращений, залитых в кокиль при наложении постоянного магнитного поля
Исследовано воздействие постоянного магнитного поля, наложенного на жидкие сплавы при заливке и затвердевании в кокиле, на структуру и микротвердость алюмомарганцевых сплавов составов, широко применяемых в технике. Установлено, что при такой обработке повышается однородность структуры и снижаются ра...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Процессы литья |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159805 |
| 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 микротвердость Аl-Мn сплавов в области эвтектического и перитектического превращений, залитых в кокиль при наложении постоянного магнитного поля / В.И. Дубоделов, В.А. Середенко, А.В. Косинская, Е.В. Середенко, Ж.Д. Богатырева // Процессы литья. — 2014. — № 2. — С. 50-57. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-159805 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Косинская, А.В. Середенко, Е.В. Богатырева, Ж.Д. 2019-10-14T17:59:45Z 2019-10-14T17:59:45Z 2014 Структура и микротвердость Аl-Мn сплавов в области эвтектического и перитектического превращений, залитых в кокиль при наложении постоянного магнитного поля / В.И. Дубоделов, В.А. Середенко, А.В. Косинская, Е.В. Середенко, Ж.Д. Богатырева // Процессы литья. — 2014. — № 2. — С. 50-57. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159805 559.715:621.74.043:538.4 Исследовано воздействие постоянного магнитного поля, наложенного на жидкие сплавы при заливке и затвердевании в кокиле, на структуру и микротвердость алюмомарганцевых сплавов составов, широко применяемых в технике. Установлено, что при такой обработке повышается однородность структуры и снижаются размеры структурных составляющих. Наибольшее влияние магнитного поля на повышение микротвердости отмечено для сплавов с содержанием более 6,5 % Mn. Досліджено дію постійного магнітного поля, накладеного на рідкі сплави при заливці і твердненні в кокілі, на структуру і мікротвердість алюмомарганцевих сплавів складів, що широко застосовуються в техніці. Встановлено, що при даній обробці збільшується однорідність структури і знижується розмір структурних складових. Найбільший вплив магнітного поля на підвищення мікротвердості відмічено для сплавів з вмістом більш ніж 6,5 % Mn. Action on the Al-Mn alloys structure and microhardness, having compounds widely applying in industry, of constant magnetic field, superimposed on the liquid alloys, during their casting and solidifica-tion in the graphite form. It was found, that under above processing, structure homogeneous increased and sizes of the structure ingredients decreased. The most constant magnetic field action on microhardness rising took place for alloys with Mn > 6,5 %. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Кристаллизация и структурообразование сплавов Структура и микротвердость Аl-Мn сплавов в области эвтектического и перитектического превращений, залитых в кокиль при наложении постоянного магнитного поля Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Структура и микротвердость Аl-Мn сплавов в области эвтектического и перитектического превращений, залитых в кокиль при наложении постоянного магнитного поля |
| spellingShingle |
Структура и микротвердость Аl-Мn сплавов в области эвтектического и перитектического превращений, залитых в кокиль при наложении постоянного магнитного поля Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Косинская, А.В. Середенко, Е.В. Богатырева, Ж.Д. Кристаллизация и структурообразование сплавов |
| title_short |
Структура и микротвердость Аl-Мn сплавов в области эвтектического и перитектического превращений, залитых в кокиль при наложении постоянного магнитного поля |
| title_full |
Структура и микротвердость Аl-Мn сплавов в области эвтектического и перитектического превращений, залитых в кокиль при наложении постоянного магнитного поля |
| title_fullStr |
Структура и микротвердость Аl-Мn сплавов в области эвтектического и перитектического превращений, залитых в кокиль при наложении постоянного магнитного поля |
| title_full_unstemmed |
Структура и микротвердость Аl-Мn сплавов в области эвтектического и перитектического превращений, залитых в кокиль при наложении постоянного магнитного поля |
| title_sort |
структура и микротвердость аl-мn сплавов в области эвтектического и перитектического превращений, залитых в кокиль при наложении постоянного магнитного поля |
| author |
Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Косинская, А.В. Середенко, Е.В. Богатырева, Ж.Д. |
| author_facet |
Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Косинская, А.В. Середенко, Е.В. Богатырева, Ж.Д. |
| topic |
Кристаллизация и структурообразование сплавов |
| topic_facet |
Кристаллизация и структурообразование сплавов |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Процессы литья |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| description |
Исследовано воздействие постоянного магнитного поля, наложенного на жидкие сплавы при заливке и затвердевании в кокиле, на структуру и микротвердость алюмомарганцевых сплавов составов, широко применяемых в технике. Установлено, что при такой обработке повышается однородность структуры и снижаются размеры структурных составляющих. Наибольшее влияние магнитного поля на повышение микротвердости отмечено для сплавов с содержанием более 6,5 % Mn.
Досліджено дію постійного магнітного поля, накладеного на рідкі сплави при заливці і твердненні в кокілі, на структуру і мікротвердість алюмомарганцевих сплавів складів, що широко застосовуються в техніці. Встановлено, що при даній обробці збільшується однорідність структури і знижується розмір структурних складових. Найбільший вплив магнітного поля на підвищення мікротвердості відмічено для сплавів з вмістом більш ніж 6,5 % Mn.
Action on the Al-Mn alloys structure and microhardness, having compounds widely applying in industry, of constant magnetic field, superimposed on the liquid alloys, during their casting and solidifica-tion in the graphite form. It was found, that under above processing, structure homogeneous increased and sizes of the structure ingredients decreased. The most constant magnetic field action on microhardness rising took place for alloys with Mn > 6,5 %.
|
| issn |
0235-5884 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159805 |
| citation_txt |
Структура и микротвердость Аl-Мn сплавов в области эвтектического и перитектического превращений, залитых в кокиль при наложении постоянного магнитного поля / В.И. Дубоделов, В.А. Середенко, А.В. Косинская, Е.В. Середенко, Ж.Д. Богатырева // Процессы литья. — 2014. — № 2. — С. 50-57. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT dubodelovvi strukturaimikrotverdostʹalmnsplavovvoblastiévtektičeskogoiperitektičeskogoprevraŝeniizalityhvkokilʹprinaloženiipostoânnogomagnitnogopolâ AT seredenkova strukturaimikrotverdostʹalmnsplavovvoblastiévtektičeskogoiperitektičeskogoprevraŝeniizalityhvkokilʹprinaloženiipostoânnogomagnitnogopolâ AT kosinskaâav strukturaimikrotverdostʹalmnsplavovvoblastiévtektičeskogoiperitektičeskogoprevraŝeniizalityhvkokilʹprinaloženiipostoânnogomagnitnogopolâ AT seredenkoev strukturaimikrotverdostʹalmnsplavovvoblastiévtektičeskogoiperitektičeskogoprevraŝeniizalityhvkokilʹprinaloženiipostoânnogomagnitnogopolâ AT bogatyrevažd strukturaimikrotverdostʹalmnsplavovvoblastiévtektičeskogoiperitektičeskogoprevraŝeniizalityhvkokilʹprinaloženiipostoânnogomagnitnogopolâ |
| first_indexed |
2025-11-25T20:31:31Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:31:31Z |
| _version_ |
1850524308016726016 |
| fulltext |
50 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 2 (104)
Кристаллизация и струКтурообразование сплавов
уДК 559.715:621.74.043:538.4
в. и. Дубоделов, в. а. середенко, а. в. Косинская,
е. в. середенко, Ж. Д. богатырева
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
струКтура и МиКротверДостЬ Al-Mn сплавов
в области эвтеКтичесКого
и перитеКтичесКого превращений, залитых
в КоКилЬ при налоЖении постоянного
Магнитного поля
Исследовано воздействие постоянного магнитного поля, наложенного на жидкие сплавы
при заливке и затвердевании в кокиле, на структуру и микротвердость алюмомарганцевых
сплавов составов, широко применяемых в технике. Установлено, что при такой обработке
повышается однородность структуры и снижаются размеры структурных составляющих.
Наибольшее влияние магнитного поля на повышение микротвердости отмечено для сплавов
с содержанием более 6,5 % Mn.
Ключевые слова: алюмомарганцевые сплавы, заливка, постоянное магнитное поле, литая
структура, микротвeрдость.
Досліджено дію постійного магнітного поля, накладеного на рідкі сплави при заливці і тверд-
ненні в кокілі, на структуру і мікротвердість алюмомарганцевих сплавів складів, що широко
застосовуються в техніці. Встановлено, що при даній обробці збільшується однорідність
структури і знижується розмір структурних складових. Найбільший вплив магнітного поля на
підвищення мікротвердості відмічено для сплавів з вмістом більш ніж 6,5 % Mn.
Ключові слова: алюмомарганцеві сплави, заливання, постійне магнітне поле, лита струк-
тура, мікротвердість.
Action on the Al-Mn alloys structure and microhardness, having compounds widely applying in
industry, of constant magnetic field, superimposed on the liquid alloys, during their casting and
solidifica-tion in the graphite form. It was found, that under above processing, structure homoge-
neous increased and sizes of the structure ingredients decreased. The most constant magnetic
field action on microhardness rising took place for alloys with Mn > 6,5 %.
Kеywords: Al-Mn alloys, casting, constant magnetic field, cast structure, microhardness.
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 2 (104) 51
Кристаллизация и структурообразование сплавов
К наиболее эффективным легирующим элементам алюминиевых сплавов отно-
сятся переходные металлы четвертого периода Периодической системы. Для
сплавов на основе алюминия, легированных подобными элементами, характерны
низкая растворимость в твердом состоянии и резкое повышение кривой ликви-
дуса с ростом концентрации переходных металлов [1-3]. При этом образование
пересыщенных твердых растворов в процессе затвердевания сплавов благодаря
продуктам распада при дальнейшем охлаждении оказывает положительное влия-
ние на свойства алюминиевых сплавов. из переходных металлов в данных сплавах
наиболее широко используется марганец. В бинарных сплавах Al-Mn он применя-
ется, прежде всего, для упрочнения, в Al-Cu и Al-Mg − для ослабления отрицатель-
ного влияния на механические свойства примеси железа [1]. В сплавах сложного
состава марганец повышает эффект закалки, изменяет характер распада твердого
раствора, увеличивает жаропрочность [4]. К недостаткам таких сплавов относится
неоднородность структуры, что приводит к анизотропии механических свойств. В
результате такой металл плохо обрабатывается резанием, имеет низкую износо-
стойкость, при штамповке возможны микроразрывы. Это снижает ресурс работы
получаемых деталей и повышает трудоемкость их изготовления. Более высокие
механические свойства, чем у алюминия, повышенная коррозионная стойкость,
хорошая свариваемость и способность к холодной пайке обусловили широкое
применение марганецсодержащих сплавов в машиностроении, авиастроении, хи-
мической, транспортной, криогенной и морской технике, строительстве, пищевой
промышленности [2-8]. Кроме того, сплавы Al-Mn используются в качестве лига-
тур при получении сплавов [9], раскислителей стали [10], присадочного матери-
ала при сварке алюминиевых сплавов (ДСТУ 4784-97), покрытий для увеличения
коррозионной стойкости изделий из низкоуглеродистой стали [8].
Среди современных способов воздействия на кристаллизующиеся алюмини-
евые сплавы с переходными металлами с целью изменения дисперсности интер-
металлидных фаз, их формы и распределения, и тем самым повышения свойств
металла особо выделяются высокоскоростное охлаждение с формированием
квазинанокристаллических и аморфных дисперсных фаз [11]; электроимпульсная
нанотехнология (НЭМи) подготовки лигатур [12] и наложение постоянных магнит-
ных полей [13]. Метод высокоскоростного охлаждения металлических расплавов
реализуется только в дисперсных объемах (капли и пленки) в рамках гранульной
и порошковой металлургии с последующей обработкой и деформационным фор-
мированием заготовок и деталей. Это многостадийный процесс с существенными
затратами как времени, так и энергии, требующий применения разнообразного по
сложности оборудования. Указанные электромагнитные методы воздействия на
кристаллизующиеся алюминиевые сплавы, содержащие металлы переходных групп
Периодической системы, могут применяться при получении отливок. Технология
НЭМи характеризуется действием локальных полей высокой мощности (до 7 МВт)
и напряженностью (до 1012 В/м). Однако, для функционирования такого технологи-
ческого процесса необходимо сложное оборудование. Сверхвысокочастотное (СВЧ)
воздействие таких полей осуществляется вследствие скин-эффекта на сверхмалую
глубину обрабатываемого расплава и требует мер по защите персонала от электро-
магнитного СВЧ-излучения. Действие слабых (до 0,5 Тл) постоянных магнитных
полей обеспечивает равномерное влияние на весь объем металла, экологически
безопасно и не требует (в случае использования недорогих литых постоянных маг-
нитов) энергозатрат и электрооборудования.
С целью установления степени воздействия слабого магнитного поля на ох-
лаждающиеся и затвердевающие в процессе заливки и кристаллизации в кокиле
алюмомарганцевые сплавы исследовали бинарные сплавы Al-Mn как эвтектической,
так и перитектической частей диаграммы состояния этой системы.
Диаграмма состояния системы Al-Mn со стороны алюминия (при содержании до
4 % Mn) относится к эвтектическому типу, при 4 % и выше – к перитектическому [4].
52 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 2 (104)
Кристаллизация и структурообразование сплавов
Первично при кристаллизации алюминиевого сплава (до 4 % Mn) выделяются
кристаллы MnAl
6
. Затем эта фаза образуется перитектически при температуре
710 0С из соединения MnAl
4
и жидкости, содержащей 4 % Mn. Так как перитектиче-
ские реакции протекают очень медленно и в обычных условиях кристаллизации не
завершаются, в отливке могут присутствовать одновременно обе указанные фазы.
Они образуют грубые кристаллы пластинчатой, игольчатой конфигурации, либо
каркасы. Такая форма фаз ухудшает механические свойства и особенно пластич-
ность сплавов. Поэтому при традиционной технологии производства обычно огра-
ничивают легирование концентрациями компонентов, которые еще не приводят к
образованию первичных кристаллов вторых фаз. В то же время, повышение степени
легирования и использование процессов, влияющих на конфигурацию и размеры
включений, расширяющих тем самым возможности легирования, позволило бы в
ряде случаев существенно улучшить свойства сплавов.
При проведении экспериментов использовали слабое однородное постоянное
магнитное поле индукцией 0,25 Тл, силовые линии которого направлены перпен-
дикулярно гравитационной силе. из алюминия технической чистоты (А6), электро-
литического марганца (99,95 % мас. Mn) и сплавленной лигатуры (8,6-8,7 % мас.
Mn) были получены образцы, содержащие (%мас.): №1 − Mn 0,21-0,26; Si 0,1; Fe
0,0; № 2 − Mn 1,92-2,05; Si 0,32-0,42; Fe 0,0; № 3 − Mn 3,34-4,03; Si 0,18-0,3;
Fe 0,0; № 4 − Mn 6,38-6,46; Si 0,2-0,28; Fe 0,0; № 5 − Mn 8,6-8,7; Fe 0,0; Si 0,0.
Сплавы массой 120 г готовили в графитовых тиглях в печи электросопротивления.
После расплавления металла и стабилизации температуры, превышающей темпе-
ратуру ликвидуса на ~ 150 0С, а также выдержки при этой температуре в течение
20-25 мин расплав заливали в две графитовые формы идентичной конфигурации
и размеров. Температура форм составляла 20 0С. Одну из форм перед заливкой
помещали в зазор постоянного магнита. Образцы остывали вместе с формами.
Во всех экспериментах температурный и временной режимы, условия разливки и
затвердевания расплавов выдерживали постоянными. Время заполнения литейных
форм составляло 1,5 с при средней скорости подъема уровня расплава в кокиле ~
0,3 м/с. Температура заливки сплавов, близких по составу к эвтектическому (сплавы
№ 1 и 2), составляла 820 0С, а сплавов с большим содержанием марганца (сплавы
№ 3-5) – 860 0С. Температура кристаллизации (tкр) сплавов № 1 и 2 принята равной
658 оС, сплавов № 3, 4 − определена согласно [14] на уровне 684 0С, а сплава
№ 5 – 704 0С. Данные для расчетов взяты из работ [15,16], а некоторые определены
экспериментально. Характеристики теплового процесса, включающего периоды
охлаждения и затвердевания сплавов в графитовых кокилях (критерии подобия
определены на основе подходов работы [14], при оценке числа Био для случая
значения числа Нуссельта Nu = 1 − вариант теплоотдачи заторможенного расплава
преимущественно по механизму теплопроводности), представлены в табл. 1.
таблица 1. теплофизические характеристики процессов охлаждения и за-
твердевания отливок в кокилях
Номер
сплава
Параметры теплового процесса
скорость
охлаждения
металла до
tкр, оС/с
время
затвер-
девания
металла, с
Пекле Ре
(заливка) Фурье Fо (пе-
риод охлажде-
ния до tкр)
Био Вi
(период
затвердева-
ния)начало конец
1, 2 19 65 134 1486 2,47 0,80
3, 4 18 60 130 1480 2,65 0,81
5 17 61 131 1482 2,69 0,81
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 2 (104) 53
Кристаллизация и структурообразование сплавов
Существенных отличий в результате протекания теплового процесса при запол-
нении формы, охлаждения и затвердевания жидких сплавов, близких по составу к
эвтектическому и перитектическому, не выявили, что, вероятно, связано с относи-
тельно низким содержанием марганца во всех сплавах. Резкое возрастание критерия
Пекле, являющегося мерой доли конвективного переноса тепла по сравнениию с
молекулярным, в процессе заливки литейной формы, в данном случае связано с
существенным увеличением масштаба потока расплава при незначительном из-
менении его скорости в результате наполнения кокиля.
Небольшие величины критерия тепловой гомохронности Fо, который характери-
зует скорость изменения температуры отливаемых сплавов при неустановившемся
их тепловом состоянии, определяются, прежде всего, высокими теплоаккумулиру-
ющей способностью и теплопроводностью графитовой литейной формы.
Полученные значения критерия конвективно-кондуктивного подобия (Био), яв-
ляющегося мерой отношения внутреннего и внешнего термических сопротивлений,
свидетельствуют о том, что отливаемые сплавы представляют собой термически
массивные тела (Вi ≥ 0,5). Величины критерия Вi входят в диапазон 10 < Bi < 0,2,
в котором температурные сопротивления пограничного слоя отливки и материала
литейной формы соизмеримы и отвечают граничным условиям III рода [15].
Магнитогидродинамическое (МГД) воздействие на движущийся расплав при
заливке литейной формы, прежде всего, обусловлено силовым влиянием, возника-
ющем при пересечении потоком с преимущественно вертикально ориентированной
компонентой скорости горизонтально направленных силовых линий постоянного
магнитного поля. Состояние движущегося металла определяется критерием Рей-
нольдса Re (отношение сил инерции и вязкости). Гидродинамические и МГД пара-
метры процесса заливки приведены в табл. 2.
Re = ;
v l⋅
ν э
На = ;
B l⋅
ρρ ν
2
2
Al = ;
B
vµρ
2
э
B
N = ;
l
vρρ
э
μ
Pr = ,m
⋅ ν
ρ
[17, 18]
где v – скорость потока, м/с; l − характерный размер, м; ν – кинематическая вяз-
кость расплава, м2/с; B − индукция магнитного поля, Тл; ρ − плотность расплава,
кг/м3; ρэ
− удельное электросопротивление жидкого сплава, ом · м; µ − магнитная
проницаемость металла, Гн/м. Справочные данные для расчетов взяты из работ
[18,19].
Как видно из табл. 2, заливка металла происходила с высокой скоростью при
турбулентном режиме течения, а также с большой удельной мощностью переме-
шивания расплава во время всего периода наполнения кокилей. Высокие значения
числа Гартмана (отношение электромагнитной силы к силе вязкости) На>>1 при
числе N >1 (соотношение электромагнитных и инерционных сил) свидетельствуют
таблица 2. Динамические и магнитогидродинамические параметры ме-
талла в процессе его заливки в кокиль
Пара-
метры
Пе-
риоды
заливки
Скорость
входа
струи
в расплав
в кокиле,
м/с
Удельная
мощность
переме-
шивания
металла,
кВт/м3
Критерии подобия
число
Рейно-
льдса,
Re
число
Гарт-
мана,
На
число
Альф-
вена,
Al
параметр
МГД-
взаимо-
действия,
N
маг-
нитное
число
Пранд-
ля Рrm
Начало 1,5 2,8 9.103 270 9,3 1,3 3.10-6
Конец 1,1 1,5 1.105 337 17,2 2,3 3.10-6
54 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 2 (104)
Кристаллизация и структурообразование сплавов
о сопоставимости электромагнитного воздействия, обусловленного взаимодей-
ствием индуктированных при движении жидкого металла электрических токов с
внешним магнитным полем, с действием сил вязкости и инерции. Значительное
силовое воздействие магнитного поля на течение расплава, прежде всего, направ-
лено на уравнивание потенциалов энергетических спектров движущихся объемов
жидкометаллической среды и тем самым на уплощение эпюры скоростей потока.
Вместе с этим, действие постоянного магнитного поля направлено на гашение
турбулентных пульсаций скорости, перпендикулярных силовым линиям поля, и
ламинаризацию потока. Выраженное действие магнитного поля на устойчивость
движения жидких сплавов в проведенных экспериментах подтверждают значения
числа Альфвена (отношения плотностей магнитной и кинетической энергии). Полу-
ченные при заливке сплавов в магнитном поле значения магнитного числа Прандтля,
характеризующего отношение диссипации электромагнитной энергии к диссипации
механической энергии (за счет вязкости), указывают на то, что джоулево тепло,
выделяющееся в движущемся расплаве за счет магнитной вязкости, значительно
меньше, чем теплота, образовавшаяся вследствие вязкого трения. Таким образом,
нагрев движущегося расплава в постоянном магнитном поле в условиях проведен-
ных экспериментов ничтожный.
Структуру сплавов изучали в плоскости разреза параллельно силовым линиям
магнитного поля на шлифах, изготовленных на высоте 20 мм от дна полученных
слитков. Содержание марганца в сплавах определяли методами химического и
микрорентгеноспектрального анализов. Микротвердость измеряли с помощью
прибора ПМТ-3. Отлитые образцы имели диаметр до 25 мм и длину − 50 мм.
Проведенными металлографическими исследованиями установили, что с повы-
шением массовой доли вводимого легирующего элемента меняются фазовый со-
став и микротвердость отдельных его компонентов в полученных сплавах. Значения
микротвердости (Нμ) α-твердого раствора марганца в алюминии возрастают, что
может быть причиной повышения степени его легированности (рис. 1). При этом
Нμ резко снижается, когда количество вводимого марганца достигает 6,5 %мас., а
структура исследуемых образцов практически формируется кристаллическими об-
разованиями интерметаллидов. Полученные данные позволяют предположить, что
в исследуемых сплавах образуются пересыщенные твердые растворы легирующего
компонента в алюминии. Массовая кристаллизация первичных интерметаллидов
приводит к резкому обеднению твердого раствора марганцем и микротвердость
его снижается.
В = 0,25 Тл
В = 0 Тл
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Содержание марганца в сплаве, %мас.
35
20
25
30
15
М
и
кр
о
тв
ер
д
о
ст
ь,
к
г/
м
м
2
Рис. 1. изменение микротвердости зерен α-твердого ра-
створа алюминия сплавов Al-Mn без (В = 0) и под воздей-
ствием слабого постоянного магнитного поля (В = 0,25) в
зависимости от содержания марганца
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 2 (104) 55
Кристаллизация и структурообразование сплавов
В результате действия постоянного магнитного поля при кристаллизации рас-
плавов формируется α-фаза, зерна которой имеют микротвердость на 5-8 % выше,
чем у сплавов № 1-4, затвердевавших вне действия магнитного поля (рис. 1). К
тому же у таких образцов она практически не изменяется даже при образовании
интерметаллидной структуры. Это можно объяснить тем, что благодаря действию
магнитного поля, усиливающего диффузию в расплаве, возникновение первичных
интерметаллидов не понижает устойчивость пересыщенного жидкого раствора
легирующего компонента в алюминии. По мере увеличения содержания марганца
в сплаве концентрация его в твердом растворе благодаря действию магнитного
поля (сплав № 5) не уменьшается, что говорит о расширении области составов
легирования α-фазы.
При малом содержании марганца (сплав № 1) образцы имеют микрокристалличе-
ское зернистое строение. В результате действия постоянного магнитного поля на кри-
сталлизующийся расплав структура формируемого сплава не изменяется. Несколько
уменьшается размер зерен α-твердого раствора: с 20-40 до ( в среднем) 15 мкм.
Образцы, содержащие 1,92-2,05 %мас. Mn (сплав № 2), также имеют зернистое
строение. В промежутках и по границам зерен α-фазы (размер 10-20 мкм) в не-
большом количестве появляется эвтектика AI+MnAI
6
, а также выделяются мелкокри-
сталлические (1-2 мкм) включения интерметаллида. Постоянное магнитное поле,
воздействующее на расплав, меняет структуру сплава и размер зерен α-твердого
раствора. Они уменьшаются до 5-15 мкм. В сплаве образуются области, состав-
ленные α-фазой различной морфологии: имеющие зернистое строение, сетчатое с
гексагональными удлиненными ячейками, блочное, состоящее из удлиненных призм.
В сплавах (№ 3 и 4) околоперитектического состава на фоне α-твердого раствора
кристаллизуются призматические кристаллы MnAI
6
(рис. 2, а). По данным микрорент-
геноспектрального анализа, они содержат 25,11 Mn и 74,89 %мас. AI, имеют микро-
твердость 86,15 кг/мм2, длину − от 500 до 1000 мкм и ширину − 30-50 мкм, образуют
участки грубошестоватого строения и беспорядочно ориентированы. В отдельных
местах интерметаллиды кристаллизуются в виде сферолитов размером до 100 мкм.
Действие магнитного поля способствует утоньшению кристаллов второй фазы. их
ширина снижается до 5-10 мкм. из этих кристаллов формируются блоки, в кото-
рых интерметаллиды располагаются параллельно друг другу. Образуется больше
мелких кристаллов (рис. 2, б), а размеры сферолитов уменьшаются до 30-50 мкм.
Возрастание содержания марганца до 6,38-6,46 %мас. приводит к кристалли-
зации интерметаллидной фазы MnAI
6
, имеющей различную форму и размеры. В
а б
Рис. 2. Микроструктура сплавов, содержащих 3,34-4,03 %мас. Mn: а –
закристаллизованных вне действия магнитного поля (В = 0); б – при воздействии
магнитного поля (В = 0,25 Тл), х50
56 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 2 (104)
Кристаллизация и структурообразование сплавов
основном это крупные шестоватые кристаллы, ориентированные в различных на-
правлениях (рис. 3, а). В результате действия магнитного поля сплав приобретает
равномерное строение, сложенное «пучками» параллельно расположенных кристал-
лов MnAI
6
, в промежутках между которыми кристаллизуется мелкокристаллическая
масса образований интерметаллида (рис. 3, б).
Таким образом, постоянное магнитное поле, накладываемое на кристаллизу-
ющийся расплав, способствует повышению легированности основной фазовой
составляющей сплавов – α-твердого раствора марганца в алюминии. При малых
содержаниях легирующего элемента поле также приводит к некоторому умень-
шению размера зерна α-фазы. При заперитектическом содержании марганца – к
изменению размеров (утоньшению) и конфигурации кристаллов интерметаллида.
Явления, происходящие в алюминиевых сплавах, содержащих в качестве основного
компонента марганец, в результате действия постоянного магнитного поля сопоста-
вимы с процессами, имеющими место в подобных материалах при затвердевании
их в условиях очень высоких скоростей охлаждения. Это создает возможность рас-
ширения степени легирования таких сплавов. Первичные кристаллы интерметал-
лидов в виде тонких выделений могут быть полезными составляющими структуры
при создании жаропрочных материалов [3, 5]. Для современного машиностроения
особый интерес представляют литейные высокопрочные и жаропрочные алюминие-
вые сплавы, которые превосходят деформируемые по эксплуатационным темпера-
турно-временным параметрам. К числу таких перспективных материалов могут быть
отнесены сплавы, легированные и высоколегированные марганцем, возможности
которых имеют значительный потенциал, особенно в плане специальных свойств.
Этот потенциал может быть реализован благодаря применению постоянного маг-
нитного поля, так как создание высоких скоростей охлаждения при затвердевании
отливок и слитков в производственных условиях не всегда технически осуществимо.
1. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. – М.: Металлургия, 1979.
– 640 с.
2. Мальцев М. В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов. – М.: Метал-
лургия, 1970. – 364 с.
а б
Рис. 3. Микроструктура сплавов, содержащих 6,38-6,46 %мас. Mn: а –
закристаллизованных вне действия магнитного поля (В = 0); б – при воздействии
магнитного поля (В = 0,25 Тл), х50
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 2 (104) 57
Кристаллизация и структурообразование сплавов
3. Елагин В. И. Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переходными металла-
ми. – М.: Металлургия, 1975. – 248 с.
4. Металловедение алюминия и его сплавов: Справочник / Под. ред. и. Н. Фридляндера. – М.:
Металлургия, 1971. – 352 с.
5. Bahadur A. Intermetallic phases in Al-Mn Alloys // Journal of Materials Science. – 1988. – № 2
– Р. 48-54.
6. Tangen S., Furu T., Auran L., Nes E. On the Effect of Supersaturation and Dispersoid on the Mi-
crostructure Development Aster Extrusion of Al-Mn Alloys // proceedings of the 11-th Int. Conf.
on Aluminium Alloys, 22-26 Sept. 2008, Aachen. – 2008. – p. 607-613.
7. Response of Hot-extruded Al-Mn-Sc-Zr Alloys Annealing with Constant Heating Rate / M. Vlach,
I. tulikova, B. Smola et. al. // Defect and Diffusion Form. – 2013. – Vol. 334-335. – Р. 161-166.
8. preparation of Al-Mn Alloy Coating on low Carbon Steel by not Dip-aluminizing / Х. li, B. liu,
X. Dong et. аl. //Applied Mechanics and Materials. – 2012. – Vol. 117-119. – Р. 1122 -1124.
9. Лигатуры для производства алюминиевых и магниевых сплавов / В. и. Напалков, Б. и. Бон-
дарев, В. и. Таратышкин, М. В. Чухров. – М.: Металлургия, 1983. – 160 с.
10. Kniaginin G., Glownia I. Osadowe Odtlenianie Stali na Adlewy welectrycznym piecu lukowym
Stopami Al-Mn // przeglad Adlewnictwa. –1970. – Vol. 20, № 3. – S. 81-84.
11. Akaniza I., Hisamichi K., Shin-ichi Y. production and Mechanical of Aluminum Alloys with dis
persed Nanoskale quasicrystalline and Amorphous particles // Metals and Material Int. – 2003.
– Vol. 9, № 6. – p. 527-536.
12. Знаменский Л. Г., Ивочкина О. В., Кулаков Б. А. Электроимпульсная нанотехнология
подготовки лигатур «алюминий - тугоплавкий металл» // Металлург. – 2005. – № 2. – С. 54-56.
13. Влияние постоянного магнитного поля на структуру и свойства сплавов системы Al-Cr
/ В. и. Дубоделов, В. А. Середенко, А. В. Косинская и др. // Процессы литья. – 2011. –
№ 3. – С. 53-57.
14. Вейник А. Н. Тепловые основы теории литья. – М.: Машгиз, 1953. – 583 с.
15. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. – М.; Л.: Энергия, 1975. –
488 с.
16. Специальные способы литья: Справочник / В. А. Ефимов, Г. А. Анисович, В. Н. Бабич и др.
/ Под ред. В. А. Ефимова. – М.: Машиностроение, 1991. – 136 с.
17. Гельфгат Ю. М., Лиепаусис О. А., Щербинин Э. В. Жидкий металл под действием электро-
магнитных сил. – Рига: Зинатнэ, 1975. – 248 с.
18. Альфвен Г., Фельтхаммер К. Г. Космическая электродинамика. – М.: Мир, 1967. – 260 с.
19. Верте Л. А. Электромагнитный транспорт жидкого металла. М.: Металлургия, 1965. – 236 с.
Поступила 12.02.2014
уДК 669.295:546.821;542.65:546.3-19
в. в. ласковец, а. а. щерецкий, в. л. лахненко,
в. п. гаврилюк, К. Ю. гзовский
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
влияние титана на процесс Кристаллизации
сплава Al-6,2Cu
Двумя независимыми методами – металлографическим и дифференциально-термическим,
исследовано влияние концентрации титана в сплаве Al-6,2Cu на процесс его кристаллизации
в зависимости от перегрева расплава и скорости охлаждения. Установлены оптимальные
|