Выбор и оптимизация режима термообработки для повышения механических свойств литейных сплавов системы AL-MG-SI

Старый класс легких алюминиевых литейных сплавов в последние годы использовался в литейном производстве при получении автомобильных деталей методом литья под высоким давлением. Сплав с номинальным составом AlMg7Si3Mn в литом состоянии имеет трехфазную структуру: твердый раствор на основе алюминия (α...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2014
Main Authors:	Трудоношин, А.И., Прач, Е.Л., Бойко, В.В., Mихаленков, K.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2014
Series:	Процессы литья
Subjects:	Кристаллизация и структурообразование сплавов
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159852
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Выбор и оптимизация режима термообработки для повышения механических свойств литейных сплавов системы AL-MG-SI / А.И. Трудоношин, Е.Л. Прач, В.В. Бойко, K.В. Mихаленков // Процессы литья. — 2014. — № 4. — С. 12-21. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-159852
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1598522025-02-23T17:27:45Z Выбор и оптимизация режима термообработки для повышения механических свойств литейных сплавов системы AL-MG-SI Трудоношин, А.И. Прач, Е.Л. Бойко, В.В. Mихаленков, K.В. Кристаллизация и структурообразование сплавов Старый класс легких алюминиевых литейных сплавов в последние годы использовался в литейном производстве при получении автомобильных деталей методом литья под высоким давлением. Сплав с номинальным составом AlMg7Si3Mn в литом состоянии имеет трехфазную структуру: твердый раствор на основе алюминия (α-Al), эвтектику (Al)+(Mg₂Si) и первичные кристаллы Mg₂Si. Металлографическими исследованиями установлено, что во время гомогенизации (Al)+(Mg₂Si) эвтектика сфероидизируется. С использованием модели «нестабильности формы» рассчитано, что полная сфероидизация эвтектики заканчивается к 60-й минуте нагрева под закалку. Результаты моделирования подтверждены экспериментально. Старий клас алюмінієвих ливарних сплавів в останні роки використовувався у виробництві литва при одержанні автомобільних деталей методом литва під високим тиском. сплав із номінальним складом AlMg7Si3Mn в литому стані має трифазну структуру: твердий розчин на основі алюмінію (α-Al), евтектику (Al)+(Mg₂Si) і кристали первинного інтерметаліду Mg₂Si. Металографічними дослідженнями встановлено, що під час гомогенізації в евтектиці (Al)+(Mg₂Si) відбувається сфероідизація. З використанням моделі «нестабільності форми» розраховано, що повна сфероідизація евтектики закінчується до 60-ї хвилини гомогенізації. Модельні результати підтверджено експериментально. Old class of light-weight casting alloys of the system Al-Mg-Si-Mn recently has been returned to the foundry practice for producing of car parts via high pressure die casting. In as-cast state alloy with nominal composition AlMg7Si3Mn contains three phases: α-Al solid solution, (Al)+(Mg₂Si) eutectic and Mg₂Si primary crystals. By metallographic examinations it was established that during solution treatment (Al)+(Mg₂Si) eutectic tends to spheroidisation. Using “shape instability model” it has been calculated that complete spheroidisation take place after 60 minutes soaking. Modeled results were confirmed experimentally. В. Бойко, Е. Прач и А. Трудоношин выражают благодарность Техническому Университету Берлина и Чешскому Техническому Университету в Праге за предоставление материальной базы для проведения исследований. В. Бойко с благодарностью отмечает Немецкую службу академических обменов (DAAD) за финансовую поддержку. А. Трудоношин благодарит Международный Вышеградский Фонд за предоставление стипендии Visegrad/V4EaP для проведения исследований 2014 Article Выбор и оптимизация режима термообработки для повышения механических свойств литейных сплавов системы AL-MG-SI / А.И. Трудоношин, Е.Л. Прач, В.В. Бойко, K.В. Mихаленков // Процессы литья. — 2014. — № 4. — С. 12-21. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159852 669.715’721’782-153.71 ru Процессы литья application/pdf Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Кристаллизация и структурообразование сплавов Кристаллизация и структурообразование сплавов
spellingShingle	Кристаллизация и структурообразование сплавов Кристаллизация и структурообразование сплавов Трудоношин, А.И. Прач, Е.Л. Бойко, В.В. Mихаленков, K.В. Выбор и оптимизация режима термообработки для повышения механических свойств литейных сплавов системы AL-MG-SI Процессы литья
description	Старый класс легких алюминиевых литейных сплавов в последние годы использовался в литейном производстве при получении автомобильных деталей методом литья под высоким давлением. Сплав с номинальным составом AlMg7Si3Mn в литом состоянии имеет трехфазную структуру: твердый раствор на основе алюминия (α-Al), эвтектику (Al)+(Mg₂Si) и первичные кристаллы Mg₂Si. Металлографическими исследованиями установлено, что во время гомогенизации (Al)+(Mg₂Si) эвтектика сфероидизируется. С использованием модели «нестабильности формы» рассчитано, что полная сфероидизация эвтектики заканчивается к 60-й минуте нагрева под закалку. Результаты моделирования подтверждены экспериментально.
format	Article
author	Трудоношин, А.И. Прач, Е.Л. Бойко, В.В. Mихаленков, K.В.
author_facet	Трудоношин, А.И. Прач, Е.Л. Бойко, В.В. Mихаленков, K.В.
author_sort	Трудоношин, А.И.
title	Выбор и оптимизация режима термообработки для повышения механических свойств литейных сплавов системы AL-MG-SI
title_short	Выбор и оптимизация режима термообработки для повышения механических свойств литейных сплавов системы AL-MG-SI
title_full	Выбор и оптимизация режима термообработки для повышения механических свойств литейных сплавов системы AL-MG-SI
title_fullStr	Выбор и оптимизация режима термообработки для повышения механических свойств литейных сплавов системы AL-MG-SI
title_full_unstemmed	Выбор и оптимизация режима термообработки для повышения механических свойств литейных сплавов системы AL-MG-SI
title_sort	выбор и оптимизация режима термообработки для повышения механических свойств литейных сплавов системы al-mg-si
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Кристаллизация и структурообразование сплавов
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159852
citation_txt	Выбор и оптимизация режима термообработки для повышения механических свойств литейных сплавов системы AL-MG-SI / А.И. Трудоношин, Е.Л. Прач, В.В. Бойко, K.В. Mихаленков // Процессы литья. — 2014. — № 4. — С. 12-21. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Процессы литья
work_keys_str_mv	AT trudonošinai vyborioptimizaciârežimatermoobrabotkidlâpovyšeniâmehaničeskihsvojstvlitejnyhsplavovsistemyalmgsi AT pračel vyborioptimizaciârežimatermoobrabotkidlâpovyšeniâmehaničeskihsvojstvlitejnyhsplavovsistemyalmgsi AT bojkovv vyborioptimizaciârežimatermoobrabotkidlâpovyšeniâmehaničeskihsvojstvlitejnyhsplavovsistemyalmgsi AT mihalenkovkv vyborioptimizaciârežimatermoobrabotkidlâpovyšeniâmehaničeskihsvojstvlitejnyhsplavovsistemyalmgsi
first_indexed	2025-11-24T02:45:17Z
last_indexed	2025-11-24T02:45:17Z
_version_	1849638064931995648
fulltext	12 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 4 (106) Кристаллизация и струКтурообразование сплавов уДК 669.715’721’782-153.71 а. и. трудоношин, е. л. прач, в. в. бойко* K. в. Mихаленков Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев * Берлинский технический университет, Берлин вЫбор и оптиМизация реЖиМа терМообработКи Для повЫШения МеХаниЧесКиХ своЙств литеЙнЫХ сплавов систеМЫ Al-Mg-Si Старый класс легких алюминиевых литейных сплавов в последние годы использовался в ли- тейном производстве при получении автомобильных деталей методом литья под высоким давлением. Сплав с номинальным составом AlMg7Si3Mn в литом состоянии имеет трехфазную структуру: твердый раствор на основе алюминия (α-Al), эвтектику (Al)+(Mg 2 Si) и первичные кристаллы Mg 2 Si. Металлографическими исследованиями установлено, что во время го- могенизации (Al)+(Mg 2 Si) эвтектика сфероидизируется. С использованием модели «неста- бильности формы» рассчитано, что полная сфероидизация эвтектики заканчивается к 60-й минуте нагрева под закалку. Результаты моделирования подтверждены экспериментально. Ключевые слова: Al-Mg-Si литейные сплавы, дифференциальная сканирующая калориме- трия (ДСК), морфология эвтектики, моделирование. Старий клас алюмінієвих ливарних сплавів в останні роки використовувався у виробництві литва при одержанні автомобільних деталей методом литва під високим тиском. Сплав із номінальним складом AlMg7Si3Mn в литому стані має трифазну структуру: твердий роз- чин на основі алюмінію (α-Al), евтектику (Al)+(Mg 2 Si) і кристали первинного інтерметаліду Mg 2 Si. Металографічними дослідженнями встановлено, що під час гомогенізації в евтектиці (Al)+(Mg 2 Si) відбувається сфероідизація. З використанням моделі «нестабільності форми» розраховано, що повна сфероідизація евтектики закінчується до 60-ї хвилини гомогенізації. Модельні результати підтверджено експериментально. Ключові слова: Al-Mg-Si сплави після лиття, диференціальна скануюча калориметрия (ДСК), морфологія евтектики, моделювання. Old class of light-weight casting alloys of the system Al-Mg-Si-Mn recently has been returned to В. Бойко, Е. Прач и А. Трудоношин выражают благодарность Техническому Университету Берлина и Чешскому Техническому Университету в Праге за предоставление материальной базы для проведения исследований. В. Бойко с благодарностью отмечает Немецкую служ- бу академических обменов (DAAD) за финансовую поддержку. А. Трудоношин благодарит Международный Вышеградский Фонд за предоставление стипендии Visegrad/V4EaP для проведения исследований ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 4 (106) 13 Кристаллизация и структурообразование сплавов Old class of light-weight casting alloys of the system Al-Mg-Si-Mn recently has been returned to the foundry practice for producing of car parts via high pressure die casting. In as-cast state alloy with nominal composition AlMg7Si3Mn contains three phases: α-Al solid solution, (Al)+(Mg 2 Si) eutectic and Mg 2 Si primary crystals. By metallographic examinations it was established that during solution treatment (Al)+(Mg 2 Si) eutectic tends to spheroidisation. Using “shape instability model” it has been calculated that complete spheroidisation take place after 60 minutes soaking. Modeled results were confirmed experimentally. Keywords: cast Al-Mg-Si aluminium alloys, DSC, eutectic morphology, modeling. введение В литейной практике успешная реализация сплавов системы Al-Mg-Si-Mn, хими- ческий состав которых находится в квазибинарном сечении на фазовой диа- грамме, основана на следующих преимуществах по сравнению с литейными спла- вами системы Al-Si-Mg: – данные сплавы имеют одну из самых высоких точек плавления эвтектики (597 0C) среди всех коммерческих литейных алюминиевых сплавов [1]; – низкая концентрация кремния в твердом растворе (~ 0,2 ат.%) позволяет до- полнительно легировать сплавы цинком, медью, скандием, цирконием, хромом, титаном, литием или их комбинациями (в отличие от системы Al-Si-Mg из-за об- разования силицидов). Эта функция способствует значительному улучшению ме- ханических свойств и структурной стабильности, что особенно важно для сплавов, используемых при высокотемпературных условиях. Эвтектические сплавы являются наиболее подходящими для литейной практики, поскольку обладают хорошей жидкотекучестью. Узкий диапазон затвердевания снижает количество неоднородностей, гарантируя тем самым изотропные меха- нические свойства. Микроструктура литого промышленного сплава AlMgSi содержит много таких неоднородностей, как сегрегации, вторичные фазы и неравномерный размер зе- рен. В этих сплавах магний и кремний образуют вторичную фазу Mg 2 Si (основная укрепляющая фаза) [2], именно от их количества в твердом растворе, размера и распределения частиц Mg 2 Si во многом зависят механические свойства алюмини- евых сплавов [3]. Путем формирования нанодисперсных частиц вторичной фазы в матрице можно регулировать пластичность и твердость сплава. Это достигается путем соответству- ющей термической обработки – гомогенизации, которая направлена на ликвидацию микроструктурных неоднородностей в сплавах системы Al-Mg-Si. Игольчатые вклю- чения трансформируются в более округлые, а нестабильные частицы вторичных фаз могут частично или полностью растворяться [4]. Для прогнозирования поведения эвтектики в Al-Mg-Si сплавах в процессе гомо- генизации в работе адаптировали модель, разработанную Штюве и Коледником, для системы W-K [5]. Методика проведения эксперимента Исследования проводили на литых алюминиевых сплавах L и LP3, химический состав которых представлен в табл. 1. Сплавы выплавляли в печи сопротивления в графитовом тигле (масса плавки 0,25 кг). В качестве исходных материалов ис- пользовали алюминий высокой чистоты (99,997), лигатуры AlSi25, AlMn26, AlMg50, AlZr10, AlTi6. Перед разливкой металл продували аргоном на протяжении 10 мин. После продувки с поверхности рас- плава удаляли шлак, и жидкий металл заливали в кокиль при температуре формы 20 0С. При таких условиях ско- рость охлаждения составила 5 К с-1. Дифференциальную сканирую- щую калориметрию (ДСК) проводили Cплав Mg Si Mn Li Al LP3 7,0 3,0 0,6 - остаток L 5,0 2,0 0,6 1,0 остаток таблица 1. номинальный состав сплавов Al-Mg-Si, %мас. 14 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 4 (106) Кристаллизация и структурообразование сплавов с помощью прибора NETZSCH DSC 404. Масса образцов составляла 20-30 мг. При измерении ДСК образцы находились в атмосфере аргона. При термообработке печь нагревали до необходимой температуры и выдерживали в течение 12 ч для достижения теплового баланса. Контроль температуры проводили двумя термопарами: одна находилась с задней стороны печи, вторая – =с передней и располагалась около образца. Структуру исследовали на литых образцах и образцах после гомогенизации. Глу- бокое травление проводили с помощью стандартной методики в 15 %-ном водном растворе NaOH. Результаты Исследование ДСК и микроструктуры. На рис. 1, а показаны изменения теплового потока от температуры для сплава LP3. В температурном интервале 20-590 0С тепло- вые эффекты не наблюдаются. При достижении температуры ~ 590 0С на кривой нагрева появляется тепловой эффект, направленный в отрицательную область, что соответствует эндотермической реакции. Наблюдаемый эндотермический эффект соответствует плавлению эвтектики (Al) + (Mg 2 Si). Полученные результаты хорошо согласуются с фазовой диаграммой состояния Al-Mg 2 Si. Таким образом для гомо- генизации была выбрана температура 570-575 0С, максимальная температура, при которой не происходит фазовых превращений. Температура, 0С 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 Teмпepaтypa, °С -4 -3 -2 -1 0 Te п ло ви й пo ті к, м В т/ м г Ex o -1 0 -2 -3 -4 500 540 580 620 660 Те п ло во й п о то к, м В т/ м г Е хо _ → Те п ло во й п о то к, м В т/ м г Е хо _ → 0 60 120 180 1320 1380 1440 1500 6000 -0,1 Время, мин -0,2 -0,5 -0,4 -0,3 Те м п е р ат ур а, 0 С 480 120 240 360 0 а б Рис. 1. ДСК-кривая нагрева сплава LP3 (а) и изотермическая ДСК-кривая при температуре 575 0C в течение 24 ч (б) ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 4 (106) 15 Кристаллизация и структурообразование сплавов Изотермическая кривая ДСК для образца LP3 (рис. 1, б) четко показывает один эндотермический эффект и один экзотермический в начале процесса термообработ- ки. Эндотермический эффект начинается одновременно с повышением температуры и заканчивается через 30 мин. Временной интервал для экзотермического эффекта охватывает от 30 до 60 мин. После 60-й минуты термообработки не обнаружили никаких тепловых эффектов. При нагревании и выдержки в изотермических условиях два одновременных процесса могут привести к эндо- и экзотермическим эффектам на термограмме ДСК . К ним относятся: – сфероидизация эвтектических ламелей Mg 2 Si; – растворение выделений, сформировавшихся во время естественного старения. Рассматриваемые сплавы подвержены естественному старению. После не- скольких дней выдержки внутри зерен α-Al наблюдаются выделения, располо- женные вдоль дислокаций. Плотность такого типа выделений пропорциональна плотности дислокаций. Результаты ТЭМ исследований гомогенизированного (в течение 20 мин) образца LP3 показали отсутствие выделений в матрице. Таким образом, можно сделать вывод, что гомогенизация сплава вызывает полное рас- творение выделений, которые сформировались в ходе естественного старения. Растворение – это диффузный процесс, который требует определенной энергии. Таким образом, эндотермический эффект на кривой ДСК является графическим проявлением растворения выделений. На рис. 2 и 3 представлена морфология эвтектики ее изменения при гомогениза- ции при 575 0С в исследуемых сплавах. Как видно из представленных фотографий, эвтектика сплава LP3 состоит из пластинчатых ламелей Mg 2 Si, окруженных матрицей α-Al. В результате введения в сплав лития (сплав L) ламели трансформируются в тонкие волокна. В результате гомогенизации эвтектические ламели и волокна меняют свою мор- фологию на сферическую. Длительная выдержка в течение 24 ч приводит к увели- чению размера сфер. Скорее всего, экзотермический эффект наблюдается в про- межутке с 20 по 60 мин гомогенизации и связан с сфероидизацией частичек Mg 2 Si. Моделировние. Микроструктуры исследуемых сплавов состоят из ламелей и волокон Mg 2 Si, окруженных матрицей α-Al (рис. 2, а; 3, а, г). Но эти структуры имеют определенную температурную нестабильность и при гомогенизации транс- формируются (рис. 3, б, в, д, е) в частицы более округлой формы (под действием поверхностного натяжения). В данной работе адаптировали модель Штюве и Ко- ледника [5], которая описывает время распада цилиндров калия в вольфраме, для эвтектических сплавов системы Al-Mg 2 Si. Е. Огрис в [6] уже адаптировал данную модель для сплавов системы Al-Si. Ре- зультаты, полученные при расчетах модели, не превышали предел погрешности. Ламели Mg 2 Si, в отличие от цилиндров калия (система W-K) [5], модифициро- ванные стронцием кремния (система Al-Si) [6] и литием Mg 2 Si (сплав L), имеют пластинчатое строение (рис. 3, а). Но колебания, вызывающие дезинтеграцию этих пластин, происходят одновременно во всех направлениях (рис. 4, б), а лимитирую- щим процессом является диффузия. Расстояние, которое проходят ионы Mg 2 Si, не зависит от формы включений (ламель или волокно), а только от их толщины. Поэтому скорость, а следовательно, и время сфероидизации частиц будут одинаковы для эвтектических колоний пластинчатой и цилиндрической форм. Эвтектические волокна в сплаве L можно представить в виде цилиндров (рис. 4, в), а эвтектические ламели в сплаве LP3 – в виде пластин (рис. 4, а). На дальнейшие расчеты будут влиять для цилиндров (сплав L) – радиус, для пластин (сплав LP3) – их толщина. Для удобства этот параметр обозначен одной буквой – ρ. В процессе дезинтеграции образуются равноудаленные сферические частицы с радиусом R и расстоянием l (рис. 4). 16 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 4 (106) Кристаллизация и структурообразование сплавов В этой модели используют следующие переменные: / / a l z l R. = ρ  = (1) Объем выделений Mg 2 Si, который равен объему сфер, можно получить из сле- дующего соотношения: а г вб ж ед млк из Рис. 2. Сфероидизация Mg 2 Si частичек в процессе гомогенизации при 575 0C в сплавах LР3 (а-з) и L (и-м): литое сотояние (LP3) –а; термообоаботка (ТО), мин.; б – 20, в – 40, г –120; д – 720, е – 960, ж – 1200, з – 1400, к - 30, л – 60, м – 90; и литое состояние ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 4 (106) 17 Кристаллизация и структурообразование сплавов 1/3 2/3 2/3(4 / 3) .a z a l l z= ⇒ ≈ ⋅ ⋅ (2) Нижняя граница для а и z обеспечивается при условии, что поверхность сферы не должна быть больше, чем поверхность ламелей. Sл ≥ Sс. (3) Ламель (или цилиндр) должна быть неустойчивой относительно колебаний сво- ей толщины (диаметра). Это условие будет выполняться, если длина волны будет больше, чем окружность цилиндра (в случае ламели для выполнения этого условия используем окружность с диаметром, равным толщине ламели) а б в г д е Рис. 3. Процесс сфероизизации частичек Mg 2 Si на примере глубоко травленного литейного сплава LP3 (а- в) и L (г-е) – после термообработки: а, г – литое состояние; б, д – процесс дезинтеграции частичек Mg 2 Si; в, е – сфероидизированные частички Mg 2 Si 18 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 4 (106) Кристаллизация и структурообразование сплавов 2 6,28 ; 3,75 z a ≥ π ≈  ≥ (4) 2 A sin ,S x l π ρ = + (5) где А – амплитуда начального возмущения; l – длина волны; S – средний радиус тела. 1/22A 1 ; 2 S   = ρ −     (6) 2 2 2 0 4 A . 2 z S S S z π π − Δ = − ≈ (7) Ламели Mg 2 Si могут быть незначительно возмущенные флуктуациями с ампли- тудой А и длиной волны l = 2πρ. Если один слой, состоящий из N атомов, диффун- дирует от выпуклости к выпуклости, амплитуда колебаний будет увеличиваться на атомный диаметр, ΔA = ϕ. Прирост поверхностной энергии тогда будет равен 2 2-4 = A A = Z A A , z U z π Δ π ⋅ Δ ⋅ γ π⋅ ⋅ ⋅ Δ ⋅ γ (8) где γ – удельная энергия раздела фаз Mg 2 Si-Al. Предполагая постоянной движущую силу для диффузии (F = ΔU / (N · ηl)), средняя скорость ионов Mg 2 Si (в направлении х) задается соотношением Нернста-Эйнштейна а б гв Рис. 4. Графическое изображение динамических моделей сфероидезации ламелей (а, б) и волокон (в, г [5]) ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 4 (106) 19 Кристаллизация и структурообразование сплавов 1 = . U D N l kT Δ ν η (9) Если через ηl обозначить диффузию в направлении х, скорость роста амплитуды флуктуаций будет 4 A Mg Si2 A 1 Z 2 sDd A; dt l kT γ  φ φ ν = = ν ≈  η ηξ ρ  (10) 41 2 0( ) e , Ds Z kTA A γ  φ ⋅τ ηξ ρ τ = ⋅ (11) принимая амплитуду A 0 за начальное возмущение. Функция Z зависит только от геометрии выделений. Она определяет скорость роста амплитуды флуктуаций, которая положительная для z > 2 π и проходит через максимум max max 2 2 0,006. z Z  = π  ≈ (12) Волны с длиной меньшей l = 2πρ будут сглажены, так как значение Z отрицательное и большое. Все флуктуации с большими длинами волн будут увеличиваться дальше. Таким образом, начальное отклонение предполагает длину волны l = zmax ρ, и наи- меньшую возможную амплитуду A0 = ϕ. Из рис. 5 множители η и ξ можно грубо оценить как 1/3. 49 . 232 0A( ) A e Ds kT γ  φ τ ρ πτ = ⋅ (13) При выражении τ из последнего уравнения можно получить соотношение сле- дующего вида: τ = Fe(ρ). (14) Но из соотношения (13) выразить τ алгебраически достаточно сложно, поэтому для решения данного уравнения и построения модели использовали пакет MathCAD. Числовые значения, применяемые при расчете модели, представлены в табл. 2, результаты моделирования – на рис. 5. таблица 2. Числовые значения для модели сфероидизации Mg 2 Si Постоянная Больцмана, J/К k 1,38·10-23 Температура, К T 575 Коэффициент поверхностной диффузии на границе фаз в Mg2Si-Al, м2/с Ds 1,2·10-3 Удельная поверхностная энергия Mg2Si -Al, Дж/м2 γ 0,8 Диаметр иона Mg2Si, м φ 1,39·10-10 Функция Z Z Zкр=0,006 Длина волны, м l 0,008·10-6 Амплитуда колебаний, м Α0 1,39·10-10 20 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 4 (106) Кристаллизация и структурообразование сплавов Как видно из рисунка 5 в течение первых 120 мин экспериментальные данные хорошо согласовываются с результатами моделирования. При дальнейшей обра- ботке расхождение между ними увеличивается. Это объясняется тем, что рост сфер условно можно разделить на два процесса. В начале термообработки объем сфер растет за счет объема разрушающейся ламели. Как показывают эксперименталь- ные данные, процесс дезинтеграции ламелей в интервале 20-60 мин практически завершается. Дальнейшее укрупнение идет за счет слияния соседних сфер. выводы • Показано, что микроструктура рассмотренных сплавов состоит из трех фаз: матрицы α-Al, эвтектики (Al) + (Mg 2 Si) и первичных кристаллов Mg 2 Si. α-Al имеет дендритную морфологию с хорошо развитыми ветвями, эвтектика – пластинчатую морфологию. • Сравнивая металлографические исследования гомогенизированных образцов, можно сделать вывод, что в течение первых 20 мин после обработки ламели Mg 2 Si трансформируются в отдельные сферы, которые в диаметре увеличиваются с 1 до 10-12 мкм после 24 ч выдержки. • С использованием модели, предложенной Штюве и Коледником, был смоде- лирован процесс сфероидизации Mg 2 Si. Расчеты, полученные с использованием этой модели и при металлографических исследованиях, хорошо согласовываются между собой и подтверждаются теоретическими данными. • Показано, что форма включений не влияет на скорость сфероидезации, поэто- му модель можна использовать для моделирования процесса сфероидезации не только эвтектики волокнистой или коралловидной формы, но также и пластинчатой. 1. Бойко В. В., Трудоношин А. И., Михаленков К. В. Особенности плавления и термической обработки литейного сплава Al-Mg-Si-Mn с добавками титана и цинка (по 0,1 %мас. // Про- цессы литья. – 2014. – № 3.– С. 27-37. 2. Al-Marahleh G. Effect of Heat Treatment Parameters on Distribution and Volume fraction of Mg 2 Si in the Structural Al 6063 alloy // American Journal of Applied Sciences. – 2006. – Р. 1819-1823. Результаты модели для температуры 575 0С Экспериментальные данные сплава L Погрешность коэффициента диффузии ±20 % Экспериментальные данные сплава LP3 Расхождение экспериментальных данных 0 30 60 90 120 720 960 1200 1440 Время гомогенизации, мин Д и ам е тр ч ас ти че к M g 2 S i, м км 2 0 1 3 Рис. 5. Результаты модели сфероидизации Mg 2 Si и результатов эксперимента ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 4 (106) 21 Кристаллизация и структурообразование сплавов 3. Usta, M., Glicksman M.E., Wright R.N. Wright, The Effect of Heat Treatment on Mg 2 Si Coarsening in Aluminum 6105 alloy // Met. Mater. Tran. – 2004. – № 35A. – Р. 435-438. 4. Vermolen F., Vuik K., Zwaag S. A Mathematical Model for the Dissolution Kinetics of Mg 2 Sipha- ses in Al-Mg-Si Alloys during Homogenisation under industrial Conditions // Materials Science and Engineering. – 1998. – A254. – Р. 13–32. 5. Stüwe H. P., Kolednik O. Shape instability Of Thin Cylinders // Acta Metall. – 1988. – Vol. 36, № 7. – P. 1705-1708. 6. On the Silicon Spheroidization in Al-Si Alloys / Е. Ogris, А. Wahlen, Н. Luchinger et. el. // Journal of Light Metals. – 2003. – P. 263–269. 7. Рябухин А. Г. Эффективные ионные радиусы структурных составляющих шпинелей // Высо- котемпературные расплавы. — Челябинск: Изд-во УНЦ РАН. – 1996. – № 1. – С. 39-41. 8. Трудоношин А. И., Михаленков К. В. Сфероидизация эвтектики в литейных сплавах Al-Mg-Si-Mn в процессе гомогенизации // Металлургия машиностроения. – 2014. – № 4. – С. 21-27. Поступила 24.03.2014 ВНИМАНИЕ! предлагаем разместить в нашем журнале рекламу вашей продукции или ре- кламный материал о вашем предприятии. редакция также может подготовить заказной номер журнала. стоимость заказного номера - 4000 грн. расценки на размещение рекламы (цены приведены в гривнях) размещение рекламная площадь стоимость, грн. рекламные блоки в текстовой части журнала Цветные 1/2 страницы 1/3 страницы 1/4 страницы 900 600 300 Черно-белые 1/2 страницы 1/3 страницы 1/4 страницы 550 380 200 цветная реклама на обложке Третья страница обложки 1 страница 1/2 страницы 1/4 страницы 2800 1400 700 Четвертая страница обложки 1 страница 1/2 страницы 1/3 страницы 3100 1550 1000 при повторном размещении рекламы - скидка 15 % Наш адрес: украина, 03680, г. Киев- Гсп. вернадского, 34/1 Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины телефоны: (044) 424-04-10, 424-34-50 факс: (044) 424-35-15; E-mall: proclit@ptima.kiev.ua

Выбор и оптимизация режима термообработки для повышения механических свойств литейных сплавов системы AL-MG-SI

Institution

Similar Items