Особенности структуры и химической неоднородности сплавов системы Al–Si, закаленных из жидкого состояния

Изучены особенности структуры и перераспределения элементов в фазах сплавов системы Al-Si после закалки из жидкого состояния при различных перегревах. Исследованы доэвтектический (2 %), эвтектический (12 %) и заэвтектический (20 % Si) сплавы. В результате закалки при нагреве от 700 до 1100 0С через...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Процессы литья
Дата:2010
Автори: Гаврилюк, В.П., Марковский, Е.А., Хлистун, С.В., Олексенко, И.В.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2010
Теми:
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49751
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:Особенности структуры и химической неоднородности сплавов системы Al–Si, закаленных из жидкого состояния / В.П. Гаврилюк, Е.А. Марковский, С.В. Хлистун, И.В. Олексенко // Процессы литья. — 2010. — № 1. — С. 25-32. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860265128825454592
author Гаврилюк, В.П.
Марковский, Е.А.
Хлистун, С.В.
Олексенко, И.В.
author_facet Гаврилюк, В.П.
Марковский, Е.А.
Хлистун, С.В.
Олексенко, И.В.
citation_txt Особенности структуры и химической неоднородности сплавов системы Al–Si, закаленных из жидкого состояния / В.П. Гаврилюк, Е.А. Марковский, С.В. Хлистун, И.В. Олексенко // Процессы литья. — 2010. — № 1. — С. 25-32. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Процессы литья
description Изучены особенности структуры и перераспределения элементов в фазах сплавов системы Al-Si после закалки из жидкого состояния при различных перегревах. Исследованы доэвтектический (2 %), эвтектический (12 %) и заэвтектический (20 % Si) сплавы. В результате закалки при нагреве от 700 до 1100 0С через каждые 100 0С структура образцов сплавов мелкозернистая. Вивчені особливості структури і перерозподілу елементів у фазах сплавів системи Al-Si після гартування з рідкого стану при різних перегрівах. Досліджувались доевтектичний (2 %), евтектичний (12 %) і заевтектичний (20 % Si) сплави. В результаті гартування при нагріві від 700 до 1100 0С через кожні 100 0С структура зразків сплавів мілкозерниста. Feature of structure and redistribution of elements in the phases of alloys of the Al–Si system after tempering from the liquid state at different overheats was study. Ghipoeutectic (2 %), eutectic (12 %) and ghipereutectic (20 % Si) alloys was research. Structure of alloys is fine-grained and as a result of tempering heating from 700 to 1100 0С through each 100 0С.
first_indexed 2025-12-07T18:59:49Z
format Article
fulltext ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1 25 КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ СПЛАВОВ УДК 621/74/042/.074:621.785.6:669.04 В. П. Гаврилюк, Е. А. Марковский, С. В. Хлистун, И. В. Олексенко Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРы И ХИМИчЕСКОй НЕОДНОРОДНОСТИ СПЛАВОВ СИСТЕМы Al–Si, ЗАКАЛЕННыХ ИЗ жИДКОГО СОСТОЯНИЯ Изучены особенности структуры и перераспределения элементов в фазах сплавов системы Al-Si после закалки из жидкого состояния при различных перегревах. Исследованы доэв- тектический (2 %), эвтектический (12 %) и заэвтектический (20 % Si) сплавы. В результате закалки при нагреве от 700 до 1100 0С через каждые 100 0С структура образцов сплавов мелкозернистая. Ключевые слова: структура, фазы сплава, закалка из жидкого состояния. Вивчені особливості структури і перерозподілу елементів у фазах сплавів системи Al-Si після гартування з рідкого стану при різних перегрівах. Досліджувались доевтектичний (2 %), ев- тектичний (12 %) і заевтектичний (20 % Si) сплави. В результаті гартування при нагріві від 700 до 1100 0С через кожні 100 0С структура зразків сплавів мілкозерниста. Ключові слова: cтруктура, фази сплавів, гартування з рідкого стану. Feature of structure and redistribution of elements in the phases of alloys of the Al–Si system after tempering from the liquid state at different overheats was study. Ghipoeutectic (2 %), eutectic (12 %) and ghipereutectic (20 % Si) alloys was research. Structure of alloys is fine-grained and as a result of tempering heating from 700 to 1100 0С through each 100 0С. Keywords: structure, phases of alloys, tempering from liquid state. Бинарные сплавы системы Al-Si представляют собой базовую основу практи- чески всех алюминиевых сплавов и поэтому являются предметом исследований последних десятилетий [1-3]. Между структурой и физико-механическими свойствами сплавов в расплавлен- ном и твердом состояниях существует непосредственная связь. Это в полной мере относится и к алюминиевым сплавам [4-5]. Основной целью исследований бинарной системы на основе алюминия являет- ся установление структурного состояния расплава в зависимости от его состава в широком интервале температур - от солидуса до перегрева на температуру свыше температуры ликвидуса в 1,5 раза. Для этого были проведены исследования осо- бенностей структуры и химической неоднородности сплавов системы Al-Si. Ставили перед собой задачу выяснить особенности “структуры” сплавов в жидком состоянии 26 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1 Кристаллизация и структурообразование сплавов методом закалки при различных температурных перегревах. Изучали структурные параметры трех сплавов: с массовой долей кремния 2, 12 и 20 %, что по диаграмме состояния соответствует доэвтектическому, эвтектическому и заэвтектическому сплавам. В качестве пробы под закалку брали навесок расплава массой 6 г. Закалку осуществляли в воду с температурой 20 0С. Температуры нагрева под закалку для сплавов с 2 и 12 % Si составляли 700, 800, 900 и 1000 0С, а с 20 % Si – 750, 850, 950 и 1100 0С. На полученных образцах закаленных сплавов изучали структуру (при уве- личении 500) и химический состав в дискретных точках структур с целью опред- еления химической неоднородности структуры и величин взаимной растворимости элементов в фазах на основе алюминия и кремния. На рис. 1 приведены структуры образцов сплавов Al + 2 % Si, закаленных из жидкого состояния при различных температурах перегрева. В результате закалки образуют- ся литые структуры с четко выраженными границами зерен. Средний размер зерен структур при нагреве расплава 700 0С составил 24 мкм, при 800 0С – 22 мкм, 900 0С – 14,6 мкм, 1000 0С – 18,8 мкм. С увеличением перегрева уменьшаются размеры выделений эвтектики, которая кристаллизуется на границах зерен, а также увели- чивается ее дисперсность. На рис. 2 приведены структуры образцов сплавов Al + 12 % Si, закаленных из жидкого состояния при различных перегревах. Структура всех образцов, незави- симо от температуры закалки, не имеет выраженных полигональных границ зерен и похожа на монокристальную, состоящую из двух зон: основы в виде эвтектики и вкрапленных в нее зон «квазиэвтектики α-раствора» (белая фаза) с высоким содер- жанием кремния. Этот вывод подтверждался и фотографиями структур в отраженных электронах. При температуре закалки от 700 0С структура сплава представляет собой почти классическую эвтектику. С увеличением температуры закалки размеры двух зон и дисперсность строения микроструктуры изменяются, что, по-видимому, связано с различным перераспределением между ними кремния. Выделения частиц кремния в эвтектике носят сугубо дисперсный характер, размер которых не превышает 0,5 мкм, а а б в г Рис. 1. Структура образцов сплава Al + 2 % Si после закалки с температурой нагрева, 0С: а – 700; б – 800; в – 900; г – 1000 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1 27 Кристаллизация и структурообразование сплавов среднее значение составляет 0,15 мкм (1,5 ⋅ 10-5 см). Зафиксированные особенности структуры позволяют сделать выводы о возможности получения монокристальных изделий из сплава этого состава технологией направленного затвердевания. Структуры образцов сплава Al + 20 % Si, закаленные с различных температур, полученные на оптическом микроскопе и на установке, приведены на рис. 3. Ма- ба в г Рис. 2. Структура образцов сплава Al + 12 % Si после закалки с температурой нагрева, 0С: а -700; б - 800; в - 900; г – 1000 а б в г Рис. 3. Структура образцов сплава Al + 20 % Si после закалки с температурой нагрева, 0С: а – 750; б – 850; в – 950; г – 1100 28 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1 Кристаллизация и структурообразование сплавов трица структуры достаточно дисперсная во всех образцах и представляет эвтектику с супердисперсными частицами кремния, размеры которого не превышают (как и в предыдущем сплаве) 0,15 мкм, однако, их размер зависит от температуры пере- грева. В матричной основе вкраплены включения фазы кремния, которые в отличие от литого сплава имеют компактную форму. Размер этих включений кремния со- ставляет от 10 до 25 мкм. Матрица сплава с 20 % Si как и для сплава с 12 % Si состоит как бы из двух ква- зифаз, отличающихся концентрацией кремния. Матрица сплава с 12 % Si двух структурных составляющих, одна из которых имеет в себе блоки эвтектики с включениями дисперсных частиц кремния, а вторая без них, обе составляющие содержат пересыщенный раствор α-фазы, близкий по составу к эвтектическому. Для Al + 20 % Si структура без полигональных границ литых зерен состоит из эвтектической фазы с компактными мелко дисперсными включениями вторичного кремния. Данные, полученные на микроспектральной установке Remma-102, о локальном химическом составе по точкам приведены на рис. 4-6. Локальный химический состав сплава Al + 2 % Si на базе 0,25 мм, то есть на размере литого зерна, показал сле- дующее: изменение химического состава сплава по сечению зерна при всех тем- пературах закалки указывает на сильно развитую неоднородность; минимальные значения массовой доли кремния изменяются в интервале 0,4-,6 % (700, 800 и 900 0С), что соответствует, согласно диаграмме состояния, растворимости кремния в алюминии при эвтектической температуре. Можно сделать заключение, что эти участки структуры образовались на кластерных зародышах с алюминиевой основой. Участки структуры, имеющие содержание кремния свыше подсчитанного среднего значения массовой доли кремния по линии сканирования, свидетельствуют об об- разовании пересыщенных растворов в жидком состоянии, а также зон кластеров эвтектического состава. Для сплава Al + 12 % Si так же как и для сплава с 2 % Si после закалки с различных температур наблюдается существенная химическая неоднородность, максимальная при температуре закалки 700 0С. Для сплава при этой температуре зафиксированы зоны размером 20 мкм с массовой долей кремния свыше 15 %, что свидетельству- ет о возможности существования кластеров такого строения и размеров, которые могут быть основой образования крупных включений кремния. При перегревах 900 и 1000 0С имеются зоны с низкой массовой долей кремния: 1-3 %, что по сравнению с температурой закалки 800 0С может быть некоторым подтверждением влияния более высокого перегрева на проявление процесса эффективного расслоения “фаз” на основе алюминия и кремния. Заэвтектический сплав Al + 20 % Si при температурах закалки 750, 850 и 950 0С обладает высокой химической неоднородностью структуры, которая по мере увеличения перегрева расплава значительно уменьшается в результате снижения содержания и размеров вторичной Si-фазы. По данным химической неоднородности для сплава, закаленного при темпера- турах 750 и 850 0С, размеры Si-фазы ∼ 20-25 мкм, а расстояние между включениями – 100-150 мкм. При температурах 950 и 1100 0С эти расстояния увеличиваются до 250 мкм. При максимальной для наших исследований температуре нагрева сплава до 1100 0С хи- мический состав матричной основы сплава имеет незначительную неоднородность. В эвтектической матрице вкраплены отдельные небольшие включения вторичного кремния. Полученные данные свидетельствуют о том, что для этого состава сплава должно быть характерным наличие в расплаве кластерных образований (зародышей) – эвтектической фазы и вторичной кремнистой, размер которых и состав при уве- личении перегрева расплава меняются. ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1 29 Кристаллизация и структурообразование сплавов 0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0 Р а с с т о я н и е , м к м 0 . 0 1 . 0 2 . 0 3 . 0 4 . 0 5 . 0 6 . 0 7 . 0 8 . 0 9 . 0 К р е м н и й , м а с с . д о л я % 0,0 2,0 4,0 6,0 80 К р е м н и й , м ас .д о ля , % 0 6030 90 120 150 180 120 240 Расстояние, мкм 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Расстояние, мкм 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 Кр ем ни й, м ас с.д ол я % 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 К р е м н и й , м ас .д о ля , % 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Расстояние, мкм 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Расстояние, мкм 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 Кр ем ни й, м ас с.д ол я % 0 30 60 90 120 150 210 240180 Расстояние, мкм 0,0 2,0 4,0 6,0 9,0 К р е м н и й , м ас .д о ля , % 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Расстояние, мкм 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 Кр ем ни й, м ас с.д ол я % 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Расстояние, мкм К р е м н и й , м ас .д о ля , % Рис. 4. Химическая неоднородность сплава Al + 2 % Si, закаленного с различных тем- ператур по точкам с шагом 15 мкм: а – 700; б – 800; в – 900; г – 1000 0С а б в г 30 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1 Кристаллизация и структурообразование сплавов 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Расстояние, мкм 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 Кр ем ни й, м ас с.д ол я 0,0 10,0 20,0 30,0 К р е м н и й , м ас .д о ля , % 0 40 80 120 160 200 Расстояние, мкм 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Расстояние, мкм 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 Кр ем ни й, м ас с.д ол я 0,0 15,0 20,0 30,0 К р е м н и й , м ас .д о ля ,% 0 40 80 120 160 200 Расстояние, мкм 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Расстояние, мкм 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 Кр ем ни й, м ас с.д ол я % 35,0 25,0 15,0 5,0К р е м н и й , м ас .д о ля , % 0 40 80 120 160 180 Расстояние, мкм 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Расстояние, мк 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 Кр ем ни й, м ас с.д ол 10,0 20,0 0,0 30,0 0 40 80 120 160 200 Расстояние, мкм К р е м н и й , м ас .д о ля , % а б в г Рис. 5. Химическая неоднородность сплава Al + 12 % Si, закаленного с различных температур по точкам с шагом 10 мкм: а – 700; б – 800; в – 900; г – 1000 0С ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1 31 Кристаллизация и структурообразование сплавов 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Расстояние, мкм 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 Кр ем ни й, м ас с.д ол я% 0 40 80 120 160 200 Расстояние, мкм 100,0 60,0 20,0 0,0К р е м н и й , м ас .д о ля , % 80,0 40,0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Расстояние, мкм 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 Кр ем ни й, м ас с.д ол я% 0,0 40,0 60,0 80,0 20,0 100,0 0 40 80 120 160 200 Расстояние, мкм К р е м н и й , м ас .д о ля , % 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Расстояние, мкм 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 Кр ем ни й, м ас с.д ол я% 0 40 80 120 160 200 0,0 40,0 60,0 100,0 80,0 20,0 Расстояние, мкм К р е м н и й , м ас .д о ля , % 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Расстояние, мкм 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 Кр ем ни й, м ас с.д ол я% 0 40 80 120 160 200 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 Расстояние, мкм К р е м н и й , м ас .д о ля , % Рис. 6. Химическая неоднородность сплава Al + 20 % Si, закаленного с различных температур по точкам с шагом 10 мкм: а – 750; б – 850; в – 950; г – 1100 0С а б в г 32 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1 Кристаллизация и структурообразование сплавов Однако, необходимо подчеркнуть, что абсолютных по чистоте состава этих об- разований, исключительно на основе алюминия или кремния, нет. Это явление, по нашему мнению, приводит к образованию кластеров со взаимной растворимостью в жидком состоянии. 1. Ватолин Н. А. Влияние ближнего порядка жидких сплавов на структуру и свойства металлов в твердом состоянии // Взаимосвязь жидкого и твердого металлических состояний: Тез. докл. (Сочи, 1-7 апреля 1991 г.). – Сочи: АН СССР, 1991. – С. 7-10. 2. Баум В. А., Тягунов Г. В. / Сплавы 3d переходных металлов: ближний порядок, расплав, затвердевание // Там же. – С. 11-18. 3. Жидкий фазовый переход кристалл – жидкость, процесс установления равновесия в сталь / под ред. Б. А. Баума. – М.: Металлургия, 1984. – 208 с. 4. Баум Б. А. Металлические жидкости. – М.: Наука, 1979. – 120 с. 5. Баум. Б. А., Клименков Е. А., Тягунов Г. В. и др. Строение жидких сплавов и технология их получения // Сталь. – 1981. – № 10. – С. 23-27. поступила 15.07.2009 Вниманию читателей и подписчикоВ! Редакция журнала «Металл и литье Украины» изменила адрес. Статьи для печати в журнале «Металл и литье Украины» необхо- димо высылать по адресу: Украина, 03680, г. Киев-142, пр. Вернад- ского, 34/1, Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины. Телефоны: (044) 424-12-50, 459-50-29; факс: (044) 424-35-15, E-mail: mlu@ptima.kiev.ua продолжается подписка журнала на 2010 год Для того чтобы подписаться на журнал через редакцию, необходимо напра- вить письмо-запрос или факс в адрес редакции. Счет-фактура согласно запро- су высылается письмом или по факсу. Стоимость одного журнала – 28 грн. Годовая подписка – 336 грн. (для Украины). Годовая подписка для зарубежных стран – 90 $. Редакция может предоставить электронную версию журнала на компакт- диске. Редакция также может подготовить заказной номер журнала Ориентировочная стоимость заказного номера - 6750 грн. ( объем до 4 уч.- изд. л. ) Ориентировочная стоимость заказного спаренного номера – 13000 грн.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49751
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0235-5884
language Russian
last_indexed 2025-12-07T18:59:49Z
publishDate 2010
publisher Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
record_format dspace
spelling Гаврилюк, В.П.
Марковский, Е.А.
Хлистун, С.В.
Олексенко, И.В.
2013-09-27T07:56:05Z
2013-09-27T07:56:05Z
2010
Особенности структуры и химической неоднородности сплавов системы Al–Si, закаленных из жидкого состояния / В.П. Гаврилюк, Е.А. Марковский, С.В. Хлистун, И.В. Олексенко // Процессы литья. — 2010. — № 1. — С. 25-32. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
0235-5884
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49751
621/74/042/.074:621.785.6:669.04
Изучены особенности структуры и перераспределения элементов в фазах сплавов системы Al-Si после закалки из жидкого состояния при различных перегревах. Исследованы доэвтектический (2 %), эвтектический (12 %) и заэвтектический (20 % Si) сплавы. В результате закалки при нагреве от 700 до 1100 0С через каждые 100 0С структура образцов сплавов мелкозернистая.
Вивчені особливості структури і перерозподілу елементів у фазах сплавів системи Al-Si після гартування з рідкого стану при різних перегрівах. Досліджувались доевтектичний (2 %), евтектичний (12 %) і заевтектичний (20 % Si) сплави. В результаті гартування при нагріві від 700 до 1100 0С через кожні 100 0С структура зразків сплавів мілкозерниста.
Feature of structure and redistribution of elements in the phases of alloys of the Al–Si system after tempering from the liquid state at different overheats was study. Ghipoeutectic (2 %), eutectic (12 %) and ghipereutectic (20 % Si) alloys was research. Structure of alloys is fine-grained and as a result of tempering heating from 700 to 1100 0С through each 100 0С.
ru
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
Процессы литья
Кристаллизация и структурообразование сплавов
Особенности структуры и химической неоднородности сплавов системы Al–Si, закаленных из жидкого состояния
Article
published earlier
spellingShingle Особенности структуры и химической неоднородности сплавов системы Al–Si, закаленных из жидкого состояния
Гаврилюк, В.П.
Марковский, Е.А.
Хлистун, С.В.
Олексенко, И.В.
Кристаллизация и структурообразование сплавов
title Особенности структуры и химической неоднородности сплавов системы Al–Si, закаленных из жидкого состояния
title_full Особенности структуры и химической неоднородности сплавов системы Al–Si, закаленных из жидкого состояния
title_fullStr Особенности структуры и химической неоднородности сплавов системы Al–Si, закаленных из жидкого состояния
title_full_unstemmed Особенности структуры и химической неоднородности сплавов системы Al–Si, закаленных из жидкого состояния
title_short Особенности структуры и химической неоднородности сплавов системы Al–Si, закаленных из жидкого состояния
title_sort особенности структуры и химической неоднородности сплавов системы al–si, закаленных из жидкого состояния
topic Кристаллизация и структурообразование сплавов
topic_facet Кристаллизация и структурообразование сплавов
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49751
work_keys_str_mv AT gavrilûkvp osobennostistrukturyihimičeskoineodnorodnostisplavovsistemyalsizakalennyhizžidkogosostoâniâ
AT markovskiiea osobennostistrukturyihimičeskoineodnorodnostisplavovsistemyalsizakalennyhizžidkogosostoâniâ
AT hlistunsv osobennostistrukturyihimičeskoineodnorodnostisplavovsistemyalsizakalennyhizžidkogosostoâniâ
AT oleksenkoiv osobennostistrukturyihimičeskoineodnorodnostisplavovsistemyalsizakalennyhizžidkogosostoâniâ