Структурообразование до- и заэвтектических сплавов Al-Ni при их затвердевании в постоянном однородном магнитном поле
Исследована структура сплавов Al с содержанием до 10 %мас. Ni,затвердевших в постоянном однородном магнитном поле с индукцией до 1 Тл при медленном охлаждении (1 °С/с). размеры кристаллов α-фазы, интерметаллидов NiAl3 и микротвердость фаз под действием поля возрастают. Это влияние магнитного поля на...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Процессы литья |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49849 |
| 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: | Структурообразование до- и заэвтектических сплавов Al-Ni при их затвердевании в постоянном однородном магнитном поле / В.И. Дубоделов, В.А. Середенко, С.С. Затуловский, А.В. Косинская // Процессы литья. — 2010. — № 6. — С. 45-53. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49849 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Затуловский, С.С. Косинская, А.В. 2013-09-28T20:34:29Z 2013-09-28T20:34:29Z 2010 Структурообразование до- и заэвтектических сплавов Al-Ni при их затвердевании в постоянном однородном магнитном поле / В.И. Дубоделов, В.А. Середенко, С.С. Затуловский, А.В. Косинская // Процессы литья. — 2010. — № 6. — С. 45-53. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49849 669.715:538.65:536.421.4 Исследована структура сплавов Al с содержанием до 10 %мас. Ni,затвердевших в постоянном однородном магнитном поле с индукцией до 1 Тл при медленном охлаждении (1 °С/с). размеры кристаллов α-фазы, интерметаллидов NiAl3 и микротвердость фаз под действием поля возрастают. Это влияние магнитного поля наиболее выражено в диапазоне индукции 0,1-0,5 Тл. Досліджена структура сплавів Al з вмістом до 10 %м ас. Ni, які тверднули у постійному однорідному магнітному полі з індукцією до 1 Тл при повільному охолодженні (1оС/с). розміри кристалів α-фази, інтерметалідів NiAl3 та мікротвердість фаз під дією поля підвищуються. Цей вплив магнітного поля найбільш виражено у діапазоні індукцій 0,1-0,5 Тл. The structure of alloys of Al with Ni content up to 10 %wt. solidified in a constant homogeneous magnetic field with induction up to 1 tesla during slow cooling (1 о C/s). Under the action of the field crystals α-phase, in termetallic NiAl3 and microhardness of phases increases. This influence of the magnetic field is most pronounced in the range of induction of 0,1-0,5 tesla. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Новые литые материалы Структурообразование до- и заэвтектических сплавов Al-Ni при их затвердевании в постоянном однородном магнитном поле Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Структурообразование до- и заэвтектических сплавов Al-Ni при их затвердевании в постоянном однородном магнитном поле |
| spellingShingle |
Структурообразование до- и заэвтектических сплавов Al-Ni при их затвердевании в постоянном однородном магнитном поле Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Затуловский, С.С. Косинская, А.В. Новые литые материалы |
| title_short |
Структурообразование до- и заэвтектических сплавов Al-Ni при их затвердевании в постоянном однородном магнитном поле |
| title_full |
Структурообразование до- и заэвтектических сплавов Al-Ni при их затвердевании в постоянном однородном магнитном поле |
| title_fullStr |
Структурообразование до- и заэвтектических сплавов Al-Ni при их затвердевании в постоянном однородном магнитном поле |
| title_full_unstemmed |
Структурообразование до- и заэвтектических сплавов Al-Ni при их затвердевании в постоянном однородном магнитном поле |
| title_sort |
структурообразование до- и заэвтектических сплавов al-ni при их затвердевании в постоянном однородном магнитном поле |
| author |
Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Затуловский, С.С. Косинская, А.В. |
| author_facet |
Дубоделов, В.И. Середенко, В.А. Затуловский, С.С. Косинская, А.В. |
| topic |
Новые литые материалы |
| topic_facet |
Новые литые материалы |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Процессы литья |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| description |
Исследована структура сплавов Al с содержанием до 10 %мас. Ni,затвердевших в постоянном однородном магнитном поле с индукцией до 1 Тл при медленном охлаждении (1 °С/с). размеры кристаллов α-фазы, интерметаллидов NiAl3 и микротвердость фаз под действием поля возрастают. Это влияние магнитного поля наиболее выражено в диапазоне индукции 0,1-0,5 Тл.
Досліджена структура сплавів Al з вмістом до 10 %м ас. Ni, які тверднули у постійному однорідному магнітному полі з індукцією до 1 Тл при повільному охолодженні (1оС/с). розміри кристалів α-фази, інтерметалідів NiAl3 та мікротвердість фаз під дією поля підвищуються. Цей вплив магнітного поля найбільш виражено у діапазоні індукцій 0,1-0,5 Тл.
The structure of alloys of Al with Ni content up to 10 %wt. solidified in a constant homogeneous magnetic field with induction up to 1 tesla during slow cooling (1 о C/s). Under the action of the field crystals α-phase, in termetallic NiAl3 and microhardness of phases increases. This influence of the magnetic field is most pronounced in the range of induction of 0,1-0,5 tesla.
|
| issn |
0235-5884 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49849 |
| citation_txt |
Структурообразование до- и заэвтектических сплавов Al-Ni при их затвердевании в постоянном однородном магнитном поле / В.И. Дубоделов, В.А. Середенко, С.С. Затуловский, А.В. Косинская // Процессы литья. — 2010. — № 6. — С. 45-53. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT dubodelovvi strukturoobrazovaniedoizaévtektičeskihsplavovalnipriihzatverdevaniivpostoânnomodnorodnommagnitnompole AT seredenkova strukturoobrazovaniedoizaévtektičeskihsplavovalnipriihzatverdevaniivpostoânnomodnorodnommagnitnompole AT zatulovskiiss strukturoobrazovaniedoizaévtektičeskihsplavovalnipriihzatverdevaniivpostoânnomodnorodnommagnitnompole AT kosinskaâav strukturoobrazovaniedoizaévtektičeskihsplavovalnipriihzatverdevaniivpostoânnomodnorodnommagnitnompole |
| first_indexed |
2025-11-27T02:02:22Z |
| last_indexed |
2025-11-27T02:02:22Z |
| _version_ |
1850792604711518208 |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84) 45
НОВЫЕ ЛИТЫЕ МАТЕРИАЛЫ
УДК 669.715:538.65:536.421.4
В. И. Дубоделов, В. А. Середенко, С. С. Затуловский ,
А. В. Косинская
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ДО- И ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ
СПЛАВОВ Al-Ni ПРИ ИХ ЗАТВЕРДЕВАНИИ В ПОСТОЯННОМ
ОДНОРОДНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ
Исследована структура сплавов �� с содер�ание� до 10 ��ас. N�� �атвердев�и� в постоян-�� с содер�ание� до 10 ��ас. N�� �атвердев�и� в постоян-с содер�ание� до 10 ��ас. N�� �атвердев�и� в постоян-N�� �атвердев�и� в постоян-� �атвердев�и� в постоян-
но� однородно� �агнитно� поле с индукцией до 1 Тл при �едленно� о�ла�дении (1 °С/с).
ра��еры кристаллов α-фа�ы� интер�еталлидов N���
3
и �икротвердость фа� под действие�
поля во�растают. Это влияние �агнитного поля наиболее выра�ено в диапа�оне индукции
0�1-0�5 Тл.
Ключевые слова: сплавы ��-N�� �атвердевание� постоянное �агнитное поле� структура.
Дослід�ена структура сплавів �� � в�істо� до 10 ��ас. N�� які тверднули у постійно�у
однорідно�у �агнітно�у полі � індукцією до 1 Тл при повільно�у о�олод�енні (1оС/с). ро��іри
кристалів α-фа�и� інтер�еталідів N���
3
та �ікротвердість фа� під дією поля підвищуються. Цей
вплив �агнітного поля найбіль� вира�ено у діапа�оні індукцій 0�1-0�5 Тл.
Ключові слова: сплави ��-N�� твердіння� постійне �агнітне поле� структура.
The structure of a��oys of �� w�th N� content up to 10 �wt. so��d�f�ed �n a constant homogeneous
magnet�c f�e�d w�th �nduct�on up to 1 tes�a dur�ng s�ow coo��ng (1 о C/s). Under the act�on of the f�e�d
crysta�s α-phase� �n termeta���c N���
3
and m�crohardness of phases �ncreases. Th�s �nf�uence of the
magnet�c f�e�d �s most pronounced �n the range of �nduct�on of 0�1-0�5 tes�a.
Keywords: a��oys of ��-N�� harden�ng� permanent magnet�c f�e�d� structure.
Никель содержится в ряде алюминиевых литейных сплавов (АК7М2, АЛ1, АЛ25
и другие) в виде легирующего элемента (0,8-3,6 %) и как примесь (0,2-0,3 % Ni).
Алюминиевый сплав Aн3, содержащий 2,7-3,3 Ni; 0,4-0,7 Fe; 0,4 Si; 0,3 % Cu, нашел
промышленное применение в подшипниках агрегатов [1]. Сплавы Al-Ni, прежде
всего эвтектического состава (5,7 % Ni), в связи с большой прочностью на рас-
тяжение волокон интерметаллида Al
3
Ni (до 2760 МПа) [2], их значительной микро-
твердостью (до 770 HV) [3] и высокой термической устойчивостью структуры Al-Al
3
Ni
*В работе принимали участие В. Я. Хоружий, К. С. Хаустов, В. В. Давиденко,
Ж. Д. Богатырева, Е. А. Набока
46 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84)
Новые литые материалы
рассматриваются как естественные композиционные материалы, на основе кото-
рых можно достичь повышенной прочности при термической стабильности литых
изделий [2-4]. Содержание никеля в алюминиевоникелевых лигатурах колеблется
в диапазоне 6-25 % [5]. Такие лигатуры используются как при легировании [6], так
и модифицировании [7] алюминиевых сплавов.
Улучшения механических свойств фасонных отливок из сплавов Al-Ni, упроч-
ненных волокнами Al
3
Ni, достигают путем формирования композитной структуры с
целью контроля направленной кристаллизации сплава эвтектического состава. При
этом достигается высокая прочность сцепления между матрицей и армирующей
фазой вследствие их кристаллогеометрического соответствия, обусловленного
фазовым превращением при затвердевании сплава. Условиями формирования
однонаправленной структуры с армирующими волокнами интерметаллида Al
3
Ni
являются плоский фронт кристаллизации; отсутствие посторонних примесей в рас-
плаве и определенное сочетание температурно-кинетических параметров процесса.
Это требует высокой чистоты исходных компонентов, отсутствия окисления, стро-
гого соответствия состава сплава эвтектическому, точного соблюдения требуемой
скорости перемещения фронта кристаллизации и т. п. [2, 4, 8].
Наложение постоянного однородного магнитного поля с индукцией (В) поряд-
ка 1,5 Тл на кристаллизующиеся заэвтектические сплавы алюминия с 10 и 20 %
Ni без выполнения требований к чистоте компонентов, точности состава сплава,
безокислительной атмосфере, скорости и направлению охлаждения позволило
преобразовать структуру сплавов с хаотическим распределением интерметалличе-
ских соединений Al
3
Ni в алюминиевой матрице к преобладающему распределению
кристаллов Al
3
Ni, ориентированных перпендикулярно силовым линиям магнитного
поля [9]. Такой результат достигнут вследствие действия в гетерогенном расплаве
сил магнитного поля, достаточных для ориентации кристаллов Al
3
Ni, обладающих
анизотропией магнитных свойств и значительно превышающих по величине маг-
нитную проницаемость расплава. Изучение влияния алюминиевых сплавов с 8, 10
и 13 % Ni более сильных постоянных магнитных полей (порядка 10 Тл) на процесс
кристаллизации показало, что степень упорядочения ориентированной структуры
возрастает с увеличением температуры расплавов и индукции накладываемого
магнитного поля [10].
В связи со сложностью и высокой энергоемкостью оборудования, создающего
сильные магнитные поля, а главное с проблемой достижения однородности поля в
3-мерном пространстве и ограничением его размеров одной из координат, в таких
полях пока возможно получение плоских, цилиндрических и сферических литых тел
с толщиной или диаметром, не превышающих величины порядка 1⋅10-2 м. В то же
время использование традиционных постоянных магнитов или электромагнитов
постоянного тока дает возможность обеспечивать величину магнитной индукции
до 1 Тл в объемах с характерной толщиной до 0,3 м [11, 12].
В настоящем исследовании изучено влияние слабых однородных постоянных
магнитных полей, силовые линии которых направлены перпендикулярно гравита-
ционной силе, на микроструктуру до- и заэвтектических алюминиево-никелевых
сплавов, формирующуюся при их затвердевании. Для ограничения числа факторов,
влияющих на процесс структурообразования затвердевающих сплавов, экспери-
менты проводились в статических условиях при медленном охлаждении расплавов
(1,0-1,3 оС/с). Компонентами сплавов служили алюминий технической чистоты (А6) и
электролитический никель (Н2). Сплавы массой 5 г готовились в алундовых тиглях в
печи электросопротивления с нихромовым нагревателем. Перемешивание распла-
вов в тиглях осуществлялось молибденовым стержнем. Постоянное горизонтальное
однородное магнитное поле создавалось электромагнитом постоянного тока с фер-
ромагнитной С-образной системой с сечением полюсов 0,12× 0,14 м. Необходимое
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84) 47
Новые литые материалы
значение магнитной индукции в зазоре электромагнита устанавливалось за счет
пропускания по его обмотке электротока соответствующей величины.
Образцы сплавов в алундовых тиглях после приготовления в печи и установле-
ния температуры, превышающей температуру солидуса на 150 оС, перемещались в
центр
межполюсного зазора электромагнита.
Температурный режим охлаждения во всех
случаях поддерживался одинаковым. Струк-
тура сплавов изучалась в плоскости разреза
параллельно силовым линиям магнитного
поля. Микротвердость структурных состав-
ляющих сплавов определялась с помощью
прибора ПМТ-3. Так как в сплавах на основе
Al с Ni в мягкой матрице содержатся твердые
включения интерметаллидов, для определе-
ния степени влияния магнитного поля через
структуру на свойства сплавов выбрана такая
служебная характеристика металла, как из-
носостойкость. Триботехнические испытания
образцов сплавов проводились при трении
скольжения по стальному (65Г) контртелу с
применением индустриального масла.
Было выплавлено и исследовано 5 се-
рий сплавов Al-Ni (%мас.) при содержании
следующего количества никеля: І − 0,3-1,0;
ІІ – 1,2-2,05; ІІІ – 3,0-4,5; IV – 6; V – 10 %.
Проведенные исследования позволили уста-
новить, что при содержании никеля в пределах
0,3-4,5 %мас. материалы имели зернистую
структуру, основной фазой которой являлись
кристаллические образования α-твердого рас-
твора алюминия, рис. 1. В промежутках этих
зерен присутствовала эвтектика Al+NiAl
3
. Об-
разовывалось также соединение NiAl
3
в виде
темных точечных включений, присутствовав-
шее на поверхности зерен α-фазы. Выделив-
шаяся при кристаллизации эвтектика имела
микротвердость 254-489 МПа, что значительно
превышало микротвердость α-фазы (табл. 1).
Рис. 1. Структура сплава, содержащего
1,29 %мас. Ni (В = 0 Тл), х100
Содержание
никеля, %мас.
Величина
индукции магнит-
ного поля, Тл
Микротвердость
α−фазы,
МПа
Количество образую-
щейся эвтектики, %
0,77 0 128 3-5
1,29 0 188 4-5
4,38 0 207 20-60
0,94 0,1 173 5-7
1,35 0,1 226 3-10
1,57 0,1 276 7
0,34 1,0 156 2-3
2,43 1,0 234 5-7
3,68 1,0 311 20-60
Таблица 1. Влияние индукции магнитного поля на показатели
микротвердости, количество образовавшейся эвтектики сплавов в
зависимости от содержания в них никеля ( I − III серии опытов)
Рис. 2. Структура алюминиевого спла-
ва с добавкой 6 %мас. Ni (В = 0 Тл)
(α-фаза; эвтектика Al+NiAl3 + отдельные
игольчатые кристаллы NiAl3), ×250
48 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84)
Новые литые материалы
Количество эвтектики и образований NiAl
3
возрастало с увеличением содержания
никеля в сплавах независимо от того кристаллизовались расплавы в условиях воз-
действия магнитного поля, либо без него (см. табл. 1).
Повышение содержания никеля в сплавах до 6 %мас. приводило к изменению их
структуры, она становилась эвтектической, только местами встречались участки из
зерен или дендритов α-фазы различного размера. Соединение NiAl
3
выделялось в
виде отдельных иголок (рис. 2). Эвтектика отличается повышенной (по сравнению
с α-фазой) микротвердостью (табл. 2).
Еще в большей степени преобразовалась структура сплавов при введении
10 %мас. Ni. Для составов этой серии было характерно выделение скелетных
кристаллов NiAl
3
различной формы и размеров на фоне эвтектики Al+NiAl
3
(рис. 3,
а). Кристаллические образования NiAl
3
отличались значительной (по сравнению с
эвтектикой) микротвердостью (табл. 3).
При рассмотрении образцов полученных сплавов было установлено, что магнитное
поле оказывает влияние на их структуру и свойства независимо от количества в
них никеля. В группе сплавов с содержанием 0,3-0,95 %мас. Ni при воздействии
индукции 0,1-1,0 Тл в зернистой структуре материалов местами появлялись дендриты
α-твердого раствора. Увеличивались размеры кристаллических образований α-фазы
и повышалась их микротвердость (табл. 4). На поверхности зерен и дендритов
возрастало количество эвтектики и точечных включений NiAl
3
. Наибольшее
воздействие оказывало магнитное поле с индукцией 0,1-0,5 Тл. При кристаллизации
расплавов в поле 1,0 Тл происходило некоторое уменьшение эвтектики в структуре
материала, снижалась микротвердость алюминиевого твердого раствора.
Величина ин-
дукции магнит-
ного поля, Тл
Размер
кристаллов
NiAl3, мкм
Микротвердость, МПа
α-твердого раствора эвтектики
0 от 30 до 100 258 389
0,1 от 30 до 200 210 356
0,5 30-50 до 100 243 452
1,0 30-50 до 100 209 420
Таблица 2. Характеристика кристаллических образований
структуры образцов алюминиевых сплавов с добавкой
6 % никеля
а б
Рис. 3. Микроструктура алюминиевых сплавов с добавкой 10 %мас. Ni: а – 0 Тл;
б – 0,1Тл, ×100
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84) 49
Новые литые материалы
При увеличении содержания никеля в сплавах до 1,2-6,0 %мас. влияние магнит-
ного поля выражалось в изменении размеров кристаллических образований и коли-
чества образующихся фаз. По сравнению с образцом, затвердевшим без магнитного
поля, в сплаве, который кристаллизовался под воздействием поля с индукцией
0,1 Тл, материал приобрел местами дендритное строение. При этом увеличилось
количество NiAl
3
, возрос размер кристаллических образований α-твердого раствора
алюминия (рис. 4, а, б). Интерметаллид NiAl
3
сформировался в виде широких иголок,
изометричных образований (рис. 4, г) параллельно с точечными включениями на
поверхности дендритов и зерен α-фазы. Количество точечных включений возрас-
тало, особенно при воздействии поля с индукцией 0,5 Тл. Они полностью покрывали
поверхность зерен α-фазы ( рис. 4, в).
При воздействии поля индукцией 0,5 Тл структура сплава становилась полностью
дендритной. Размер дендритов еще больше возрастал. Повышалось количество
эвтектики, отличающейся повышенной микротвердостью по сравнению с α-фазой.
Так, например, средняя микротвердость алюминиевого твердого раствора в сплавах
этой серии составляла 276 МПа, а микротвердость эвтектики – 399 МПа. Образова-
ние эвтектики связано с выделением соединения NiAl
3
. Чем больше образовывалось
эвтектики, тем меньше было включений этой фазы в виде черных точечных образо-
ваний на поверхности дендритов и тем ниже была микротвердость α-фазы.
При повышении величины индукции магнитного поля до 1,0 Тл уменьшалось ко-
личество эвтектики и включений NiAl
3
. Снижался размер зерен и дендритов α-фазы
(табл. 5).
Величина
индукции
магнитного
поля, Тл
Характеристика кристаллических образований
NiAl3
Микротвердость,
МПа
форма кристаллов размер, мкм
количе-
ство
эвтектики NiAl3
0
шестоватые
пластинчатые
(20-30)х(300-1500)
(80-100)х(200-300)
7-8 517 857
0,1
шестоватые
(10-20)х(300-1000) 3-5 514 1940
0,5
шестоватые
пластинчатые
(10-20)х(300-1000)
(30-50)х300
5-6 558 1340
1,0
шестоватые
призматические
пластинчатые
(20-30)х(500-1000)
(30-50)х(200-300)
100х100; 100х200
3-5 650 1160
Таблица 3. Характеристика кристаллических образований структуры
образцов алюминиевых сплавов с добавкой 10 % никеля
Величина
индукции маг-
нитного поля, Тл
Средний размер кристаллических
образований α-твердого
раствора, мкм
Количество
эвтектики, %
Содержание
никеля,
%мас.
0 20х60 3-5 0,77
0,1 30х80 5-7 0,94
0,5 30х100 до 10 0,55
1,0 30х70 2-3 0,34
Таблица 4. Характеристика кристаллических образований структуры
исследованных сплавов в соответствии с изменением индукции
магнитного поля и содержания в них никеля (< 1 %мас.)
50 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84)
Новые литые материалы
При введении 6 %мас. Ni с приложением магнитного поля 0,1-0,5 Тл структура
сплава укрупнялась (рис. 5, а, б). Увеличивался размер отдельных иголок NiAl
3
. При
этом наблюдалась ориентировка этих кристаллических образований соответственно
направлению магнитного поля (рис. 5, в). При действии магнитного поля с индук-
цией 1,0 Тл несколько уменьшался размер иголок NiAl
3
, снижалась микротвердость
α-фазы. Но можно констатировать, что образцы этой серии сплавов представляли
собой материалы, в которых более мягкие образования α-фазы кристаллизовались
на фоне более твердой эвтектики.
Рис. 4. Микроструктура образцов сплавов системы Al-Ni (1,2-6,0 %мас. Ni),
кристаллизовавшихся без (а) и с приложением магнитного поля индукцией
0,1 (б), 0,5 (в); г – включения NiAl3 в образце сплава, кристаллизовавшегося в
поле индукцией 0,1 Тл
а б
в г×80 ×125
×80×80
Содержа-
ние никеля,
%мас.
Величина индукции
магнитного поля,
Тл
Размер кристаллических
образований α-твердого
раствора, мкм
Количество
эвтектики, %
1,29 0 (30-100)х150 до 5
1,57 0,1 (50-100)х(150-200) 7
6,3 0,5 (30-50)х(500-1000) 70
2,43 1,0 (30-50)х100 5-7
Таблица 5. Характеристика кристаллических образований структуры
образцов алюминиевых сплавов в соответствии с изменением
индукции магнитного поля и содержания в них никеля
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84) 51
Новые литые материалы
Образцы с добавкой 10 %мас. Ni структурно отличались от всех ранее рассмотренных
сплавов. Для составов этой серии было характерно выделение скелетных кристаллов
NiAl
3
различной формы и размеров на фоне эвтектики Al+NiAl
3
(см. рис. 3). Форма
кристаллических включений, их размеры и количество находились в тесной связи
с величиной прилагаемого при кристаллизации расплавов магнитного поля (см.
табл. 3). Наибольшее влияние оказывало поле с индукцией 0,1 и 0,5 Тл. В образцах,
подвергавшихся воздействию поля такой величины, образующиеся включения NiAl
3
имели наибольшую микротвердость и размеры (табл. 3). Характер эвтектики остался
неизменным, она имела меньшую твердость, чем включения, оставаясь практически
в пределах ошибки измерений. Выделение твердых частиц NiAl
3
в мягкой эвтектике
образовало классический композиционный материал: твердая армирующая фаза
в мягкой матрице сплава.
Выявленные изменения в структуре материалов, происходящие в результате
действия постоянного магнитного поля на затвердевающие расплавы, оказывали
влияние на их свойства. Проведенные исследования и трибоиспытания показали,
что повышение микротвердости α-твердого раствора за счет увеличения количе-
ства включений NiAl
3
, образующихся на поверхности зерен, способствует повы-
шению износостойкости материалов. В качестве примера на рис. 6 приведены
данные, иллюстрирующие взаимосвязь микротвердости α-фазы с показателями
интенсивности изнашивания испытанных образцов двух групп сплавов с различным
содержанием никеля.
Анализ представленных результатов исследования показал, что независимо от
содержания никеля в сплавах (в пределах 0,3-6,0 %мас.) повышение микротвердости
α-твердого раствора способствует снижению интенсивности изнашивания материа-
лов. Чем выше содержание никеля в сплавах, тем более выражена эта взаимосвязь.
а ×100 б ×100
в ×160
Рис. 5. Микроструктура алюми-
ниевых сплавов с добавкой 6 %
Ni: а – 0 Тл; б, в – 0,1 Тл
52 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84)
Новые литые материалы
Максимальное влияние оказывало
магнитное поле с индукцией 0,1
и 0,5 Тл. При воздействии поля с
индукцией 1,0 Тл уменьшалось ко-
личество NiAl
3
и твердой эвтектики
в сплаве, понизилась микротвер-
дость α-твердого раствора. Это
привело к снижению износостой-
кости материалов.
Введение в алюминий никеля
(более 6 %мас.), приводящее к об-
разованию в сплавах классической
композитной структуры (наличию
твердых включений NiAl
3
в мягкой
эвтектичной матрице), должно
способствовать еще большему
повышению их износостойкости.
Этот эффект усиливает используе-
мое при кристаллизации распла-
вов постоянное магнитное поле,
вследствие чего образующиеся
включения имеют наибольшую
микротвердость и размеры.
Таким образом, постоянное
однородное магнитное поле, на-
правленное перпендикулярно
гравитационному, с индукцией до
1 Тл, накладываемое на медленно
охлаждающиеся и затверде-
вающие сплавы Al-Ni, оказывает
влияние на их структуру во всем
исследованном диапазоне со-
держания никеля (0,3-10,0 %мас.),
но при этом не изменяет фазовый
состав сплавов. Действие поля
приводит к увеличению размеров
кристаллов α-твердого раствора и
интерметаллидов, возрастанию количества эвтектики. При этом микротвердость
фаз существенно увеличивается. Такое влияние поля повышается с увеличением
концентрации никеля в сплавах. Ориентирующее действие поля на игольчатые
включения NiAl
3
выявлено только на сплаве с 6 % Ni и на локальных участках.
Наибольшее повышение микротвердости фаз произошло под действием поля
с индукцией 0,1-0,5 Тл, а сплавы, подвергшиеся такому воздействию, обладали
повышенной стойкостью к изнашиванию при трении.
1. Шпагин А. И. Антифрикционные сплавы. − М.: Металлургия, 1956. – 320 с.
2. Баландин Г. Ф.� Заболоцкий А. А. Перспективы литых композиционных материалов //
Литейн. пр-во. − 1971. − № 3. – С. 4-7.
3. Елагин В. И. Конструкционные наноструктурные сплавы на алюминиевой основе // Цв. ме-
таллы. − 2009. – № 6. – С. 103-111.
Рис. 6. Взаимосвязь микротвердости (1) и интенсив-
ности изнашивания (2) образцов сплавов системы
Al-Ni с величиной индукции внешнего постоянного
однородного поля
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84) 53
Новые литые материалы
4. Влияние условий кристаллизации на свойства эвтектических композиционных сплавов на
основе алюминия / Ю. С. Веселянский, Л. П. Горушкина, В. И. Захаров и др. // Литейн.
пр-во. − 1973. − № 4. – С. 27-28.
5. Лигатуры для производства алюминиевых и магниевых сплавов / Н. Ю. Напалков, Б. И. Бон-
дарев, В. И. Тарарышкин, М. В. Чухров. − М.: Металлургия, 1983. − 160 с.
6. Альт�ан М. Б.� Стро�ская Н. П. Повышение свойств стандартных литейных алюминиевых
сплавов. − М.: Металлургия, 1984. – 128 с.
7. Кру�енко Г. Г. Модифицирование доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов
никелем // Расплавы. − 2008. − № 2. – С. 77-80.
8. Тортика А. С.� Со�ов А. И.� Курило Ю. П. Дефекты микроструктуры эвтектических компо-
зиций при направленной кристаллизации отливок // Литейн. пр-во. −1975. – № 2. – С. 12-14.
9. Об управлении структурой кристаллизирующихся металлов постоянным магнитным по-
лем / М. Ю. Абрицка, В. Х. Витола, Я. Х. Карклинь и др. // Магнитная гидродинамика.
− 1976. − № 3. – С. 119-124.
10. L�x.� Ren Z.� Deng K. Action of hing magnetic fild on crystalstructural zhase Al
3
Ni of Al – Ni alloys
// Chin. J. Nonferrous Metals. − 2006. − V. 16, № 3. − Р. 476-481.
11. Верте Л. А. МГД-технология в производстве черных металлов. − М.: Металлургия, 1990.
– 120 с.
12. Электромагнитная обработка расплавов / С. Б. Эссельбах, С. В. Куберский, В. Н. Дорофеев
и др. – Алчевск: ДонГТУ, 2007. – 138 с.
Поступила 07.04.2010
УДК 521.74.94:669.35:539.24
В. В. Христенко, М. А. Руденко, Б. А. Кириевский
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА УПРОЧНЯющЕй ДОБАВКИ
НА РАСТВОРИМОСТь ХРОМА И жЕЛЕЗА В «МЕДНОй»
фАЗЕ МОНОТЕКТИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ Cu-(Fe-Cr-C)
Представлены экспери�ентальные данные относительно твердости и удельного электри-
ческого сопротивления сплавов систе�ы Cu-(Fe-Cr-C). Установлено� что свойства сплава в
цело� определяются соотно�ение� содер�аний ко�понентов в упрочняющей добавке. В
�идко� состоянии на устойчивость составляющи� упрочняющей добавки по отно�ению к
растворению в основе наиболее сильное влияние ока�ывают строения нару�ны� электронны�
оболочек ионов ко�понентов сплава.
Ключевые слова: расплав� твердость� электрическое сопротивление� �едь� �ро�� �еле�о�
углерод.
Наведено експери�ентальні дані щодо твердості та пито�ого електричного опору сплавів
систе�и Cu-(Fe-Cr-C). Встановлено� що властивості сплаву в ціло�у ви�начаються
співвідно�ення� в�істів ко�понентів в ��іцнювальній добавці. В рідко�у стані на стійкість
складови� ��іцнювальної добавки відносно ро�чинення в основі найбіль� сильно впливають
будови �овні�ні� електронни� оболонок іонів ко�понентів сплаву.
Ключові слова: ро�плав� твердість� електричний опір� �ідь� �ро�� �алі�о� вуглець.
|