ВПЛИВ ЦИРКОНІЮ НА ОСОБЛИВОСТІ МІКРОСТРУКТУРИ ЛИВАРНИХ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ
A comprehensive study was carried out to investigate the effect of zirconium strengthening additions on the formation of microstructure and phase composition of cast aluminum alloys of the Al−Cu−Mn (AlCu5) and Al−Si−Cu (Si8Cu3) systems. The importance of this research lies in the development of new...
Збережено в:
| Дата: | 2026 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine
2026
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/317 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Casting Processes |
Репозитарії
Casting Processes| _version_ | 1867026077789978624 |
|---|---|
| author | Іванченко, Д.В. Ямшинський, М.М. Биба, Є.Г. Петриченко, С.В. Лютий, Р.В. Мініцький, А.В. Лук’яненко, І.В. Барабаш, М.Ю. |
| author_facet | Іванченко, Д.В. Ямшинський, М.М. Биба, Є.Г. Петриченко, С.В. Лютий, Р.В. Мініцький, А.В. Лук’яненко, І.В. Барабаш, М.Ю. |
| author_sort | Іванченко, Д.В. |
| baseUrl_str | https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-06-02T11:23:55Z |
| description | A comprehensive study was carried out to investigate the effect of zirconium strengthening additions on the formation of microstructure and phase composition of cast aluminum alloys of the Al−Cu−Mn (AlCu5) and Al−Si−Cu (Si8Cu3) systems. The importance of this research lies in the development of new lightweight structural materials with enhanced mechanical characteristics.The introduction of zirconium into the melt in the form of zirconium tetrafluoride (ZrF4) in amounts from 0.6% мас. to 1.8% мас. at a temperature of 750 °C, as part of a flux composition, prevents contamination of the aluminum melt with iron. SEM observations together with local X-ray spectral analysis demonstrated that zirconium initiates the transition from a dendritic to an equiaxed fine-grained structure of the α-Al solid solution.The introduction of zirconium from its tetrafluoride in the above-mentioned amount promotes effective grain refinement of the α-Al solid solution through a heterogeneous nucleation mechanism on primary crystals of the Al3Zr phase and complex compounds Zr(Al1-x,Six)3, which exhibit high crystallographic compatibility and a coherent bond with the matrix. Local X-ray spectral analysis revealed the distribution of alloying elements among structural constituents. Analysis indicates that the optimal zirconium content (0.6% мас.) ensures a uniform fine-grained morphology and offers potential for further dispersion strengthening by nanoscale structural components.In contrast, increasing the modifier content to 1.8% мас. leads to the formation of excessive massive intermetallics with needle-like and cross-shaped morphology (Zr content up to 65.54% мас.), which may negatively affect ductility. In the Si8Cu3 alloy, Zr transforms iron-containing phases, converting needle-like inclusions into plate-like forms. These findings can guide the design of technological processes for producing high-strength castings for critical applications. |
| doi_str_mv | 10.15407/plit2026.02.003 |
| first_indexed | 2026-06-03T01:02:16Z |
| format | Article |
| id | oai:oai.plit-periodical.org.ua:article-317 |
| institution | Casting Processes |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-03T01:02:16Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:oai.plit-periodical.org.ua:article-3172026-06-02T11:23:55Z EFFECT OF ZIRCONIUM ON THE MICROSTRUCTURE OF CAST ALUMINUM ALLOYS ВПЛИВ ЦИРКОНІЮ НА ОСОБЛИВОСТІ МІКРОСТРУКТУРИ ЛИВАРНИХ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ Іванченко, Д.В. Ямшинський, М.М. Биба, Є.Г. Петриченко, С.В. Лютий, Р.В. Мініцький, А.В. Лук’яненко, І.В. Барабаш, М.Ю. алюмінієві сплави легування цирконій мікроструктура інтерметаліди зародкоутворення Aluminum alloys modification zirconium microstructure intermetallics nucleation A comprehensive study was carried out to investigate the effect of zirconium strengthening additions on the formation of microstructure and phase composition of cast aluminum alloys of the Al−Cu−Mn (AlCu5) and Al−Si−Cu (Si8Cu3) systems. The importance of this research lies in the development of new lightweight structural materials with enhanced mechanical characteristics.The introduction of zirconium into the melt in the form of zirconium tetrafluoride (ZrF4) in amounts from 0.6% мас. to 1.8% мас. at a temperature of 750 °C, as part of a flux composition, prevents contamination of the aluminum melt with iron. SEM observations together with local X-ray spectral analysis demonstrated that zirconium initiates the transition from a dendritic to an equiaxed fine-grained structure of the α-Al solid solution.The introduction of zirconium from its tetrafluoride in the above-mentioned amount promotes effective grain refinement of the α-Al solid solution through a heterogeneous nucleation mechanism on primary crystals of the Al3Zr phase and complex compounds Zr(Al1-x,Six)3, which exhibit high crystallographic compatibility and a coherent bond with the matrix. Local X-ray spectral analysis revealed the distribution of alloying elements among structural constituents. Analysis indicates that the optimal zirconium content (0.6% мас.) ensures a uniform fine-grained morphology and offers potential for further dispersion strengthening by nanoscale structural components.In contrast, increasing the modifier content to 1.8% мас. leads to the formation of excessive massive intermetallics with needle-like and cross-shaped morphology (Zr content up to 65.54% мас.), which may negatively affect ductility. In the Si8Cu3 alloy, Zr transforms iron-containing phases, converting needle-like inclusions into plate-like forms. These findings can guide the design of technological processes for producing high-strength castings for critical applications. Проведено комплексне дослідження впливу зміцнювальних добавок цирконію на мікроструктуру та фазовий склад ливарних алюмінієвих сплавів систем Al–Cu–Mn (АМ5) та Al–Si–Cu (АК8М3). Актуальність роботи зумовлена необхідністю розробки нових складів легких конструкційних матеріалів із підвищеним рівнем механічних властивостей. Введення цирконію в розплав із тетрафториду цирконію (ZrF4) у кількості від 0,6 % мас.до 1,8 % мас. при температурі 750 °C у складі флюсової композиції дозволяє уникнути забруднення алюмінієвого розплаву залізом. За допомогою сканувальної електронної мікроскопії (СЕМ) у поєднанні з локальним рентґеноспектральним аналізом встановлено, що цирконій формує бездендритну дрібнозернисту структуруα-Al-твердого розчину. Встановлено, що введення цирконію із його тетрафториду у вказаній кількості забезпечує ефективне подрібнення зерна α-Al-твердого розчину за механізмом гетерогенного зародкоутворення на первинних кристалах фази Al3Zr та складних сполуках Zr(Al1-x, Six)3, які мають високу кристалографічну відповідність та когерентний зв’язок із матрицею. За допомогою локального рентґеноспектрального аналізу визначено характер розподілу легувальних елементів між структурними складовими. По- казано, що оптимальний вміст цирконію (0,6 % мас.) забезпечує рівномірну дрібнозернисту морфологію та потенціал для подальшого дисперсійного зміцнення структурних складових. Натомість підвищення вмісту модифікатора до 1,8 % мас. призводить до появи у структурі надлишкових масивних інтерметалідів голчастої та хрестоподібної морфології (вміст Zr до 65,54 % мас.), що може негативно впливати на пластичність. Для сплаву АК8М3 виявлено ефект трансформації залізовмісних фаз під впливом Zr, що сприяє переходу голчастих вклю- чень у пластинчасті форми. Результати роботи можуть бути використані під час розроблення технологічних процесів виготовлення високоміцних виливків особливого відповідального призначення. National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine 2026-05-29 Article Article application/pdf https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/317 10.15407/plit2026.02.003 Casting processes; Casting processes №2 (164) 2026; 3-17 Процеси лиття; Процеси лиття №2 (164) 2026; 3-17 2707-1626 0235-5884 uk https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/317/327 Авторське право (c) 2026 Д.В. Іванченко, М.М. Ямшинський, Є.Г. Биба, С.В. Петриченко, Р.В. Лютий, А.В. Мініцький, І.В. Лук’яненко, М.Ю. Барабаш https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | алюмінієві сплави легування цирконій мікроструктура інтерметаліди зародкоутворення Іванченко, Д.В. Ямшинський, М.М. Биба, Є.Г. Петриченко, С.В. Лютий, Р.В. Мініцький, А.В. Лук’яненко, І.В. Барабаш, М.Ю. ВПЛИВ ЦИРКОНІЮ НА ОСОБЛИВОСТІ МІКРОСТРУКТУРИ ЛИВАРНИХ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ |
| title | ВПЛИВ ЦИРКОНІЮ НА ОСОБЛИВОСТІ МІКРОСТРУКТУРИ ЛИВАРНИХ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ |
| title_alt | EFFECT OF ZIRCONIUM ON THE MICROSTRUCTURE OF CAST ALUMINUM ALLOYS |
| title_full | ВПЛИВ ЦИРКОНІЮ НА ОСОБЛИВОСТІ МІКРОСТРУКТУРИ ЛИВАРНИХ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ |
| title_fullStr | ВПЛИВ ЦИРКОНІЮ НА ОСОБЛИВОСТІ МІКРОСТРУКТУРИ ЛИВАРНИХ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ |
| title_full_unstemmed | ВПЛИВ ЦИРКОНІЮ НА ОСОБЛИВОСТІ МІКРОСТРУКТУРИ ЛИВАРНИХ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ |
| title_short | ВПЛИВ ЦИРКОНІЮ НА ОСОБЛИВОСТІ МІКРОСТРУКТУРИ ЛИВАРНИХ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ |
| title_sort | вплив цирконію на особливості мікроструктури ливарних алюмінієвих сплавів |
| topic | алюмінієві сплави легування цирконій мікроструктура інтерметаліди зародкоутворення |
| topic_facet | алюмінієві сплави легування цирконій мікроструктура інтерметаліди зародкоутворення Aluminum alloys modification zirconium microstructure intermetallics nucleation |
| url | https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/317 |
| work_keys_str_mv | AT ívančenkodv effectofzirconiumonthemicrostructureofcastaluminumalloys AT âmšinsʹkijmm effectofzirconiumonthemicrostructureofcastaluminumalloys AT bibaêg effectofzirconiumonthemicrostructureofcastaluminumalloys AT petričenkosv effectofzirconiumonthemicrostructureofcastaluminumalloys AT lûtijrv effectofzirconiumonthemicrostructureofcastaluminumalloys AT mínícʹkijav effectofzirconiumonthemicrostructureofcastaluminumalloys AT lukânenkoív effectofzirconiumonthemicrostructureofcastaluminumalloys AT barabašmû effectofzirconiumonthemicrostructureofcastaluminumalloys AT ívančenkodv vplivcirkoníûnaosoblivostímíkrostrukturilivarnihalûmíníêvihsplavív AT âmšinsʹkijmm vplivcirkoníûnaosoblivostímíkrostrukturilivarnihalûmíníêvihsplavív AT bibaêg vplivcirkoníûnaosoblivostímíkrostrukturilivarnihalûmíníêvihsplavív AT petričenkosv vplivcirkoníûnaosoblivostímíkrostrukturilivarnihalûmíníêvihsplavív AT lûtijrv vplivcirkoníûnaosoblivostímíkrostrukturilivarnihalûmíníêvihsplavív AT mínícʹkijav vplivcirkoníûnaosoblivostímíkrostrukturilivarnihalûmíníêvihsplavív AT lukânenkoív vplivcirkoníûnaosoblivostímíkrostrukturilivarnihalûmíníêvihsplavív AT barabašmû vplivcirkoníûnaosoblivostímíkrostrukturilivarnihalûmíníêvihsplavív |