Роль марганцю і рідкофазного оброблення електричним струмом на формування залізовмісних фаз у доевтектичних сплавах системи Al–Si–Fe–Mn: Processy litʹâ, 2020, Tom 142, №4, p.13-25
Received 05.10.2020 UDK 669.2/. 8.017 : 537.3.39 This work has developed an understanding of the mechanism of the formation of iron-containing phases and their forms of growth in hypoeutectic alloys of the Al−SI−Fe−Mn system, depending on the manganese content and the treatment of the melt with a...
Gespeichert in:
| Datum: | 2020 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine
2020
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/86 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Casting Processes |
Institution
Casting Processes| id |
oai:ojs2.localhost:article-86 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Casting Processes |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2023-06-22T09:13:51Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
алюміній-кремнієві сплави залізовмісні фази легування марганцем оброблення розплаву однополярним імпульсним електричним струмом |
| spellingShingle |
алюміній-кремнієві сплави залізовмісні фази легування марганцем оброблення розплаву однополярним імпульсним електричним струмом Пригунова, А. Г. Роль марганцю і рідкофазного оброблення електричним струмом на формування залізовмісних фаз у доевтектичних сплавах системи Al–Si–Fe–Mn: Processy litʹâ, 2020, Tom 142, №4, p.13-25 |
| topic_facet |
алюміній-кремнієві сплави залізовмісні фази легування марганцем оброблення розплаву однополярним імпульсним електричним струмом aluminum-silicon alloys iron-containing phases alloying with manganese |
| format |
Article |
| author |
Пригунова, А. Г. |
| author_facet |
Пригунова, А. Г. |
| author_sort |
Пригунова, А. Г. |
| title |
Роль марганцю і рідкофазного оброблення електричним струмом на формування залізовмісних фаз у доевтектичних сплавах системи Al–Si–Fe–Mn: Processy litʹâ, 2020, Tom 142, №4, p.13-25 |
| title_short |
Роль марганцю і рідкофазного оброблення електричним струмом на формування залізовмісних фаз у доевтектичних сплавах системи Al–Si–Fe–Mn: Processy litʹâ, 2020, Tom 142, №4, p.13-25 |
| title_full |
Роль марганцю і рідкофазного оброблення електричним струмом на формування залізовмісних фаз у доевтектичних сплавах системи Al–Si–Fe–Mn: Processy litʹâ, 2020, Tom 142, №4, p.13-25 |
| title_fullStr |
Роль марганцю і рідкофазного оброблення електричним струмом на формування залізовмісних фаз у доевтектичних сплавах системи Al–Si–Fe–Mn: Processy litʹâ, 2020, Tom 142, №4, p.13-25 |
| title_full_unstemmed |
Роль марганцю і рідкофазного оброблення електричним струмом на формування залізовмісних фаз у доевтектичних сплавах системи Al–Si–Fe–Mn: Processy litʹâ, 2020, Tom 142, №4, p.13-25 |
| title_sort |
роль марганцю і рідкофазного оброблення електричним струмом на формування залізовмісних фаз у доевтектичних сплавах системи al–si–fe–mn: processy litʹâ, 2020, tom 142, №4, p.13-25 |
| title_alt |
The Role of Manganese and Liquid-Phase Electric Treatment on the Formation of Iron-Containing Phases in Predeutectic Alloys of the Al-Si-−Fe-Mn System: Processy litʹâ, 2020, Tom 142, №4, p.13-25 |
| description |
Received 05.10.2020
UDK 669.2/. 8.017 : 537.3.39
This work has developed an understanding of the mechanism of the formation of iron-containing phases and their forms of growth in hypoeutectic alloys of the Al−SI−Fe−Mn system, depending on the manganese content and the treatment of the melt with a unipolar pulse electric current. The study was carried out on basic alloys Al−8 % Si−0.9% Fe−0.3% Mn and Al− 8% Si− 0.9% Fe−0.5% Mn, the composition of which was chosen taking into account the concentration boundaries of silicon, iron and manganese in industrial silumins AK7, AK9, AK8M3, AK9M2 in accordance with DSTU 2839-94. Alloys are produced from scrap and waste of non-ferrous metals and are widely used as structural materials in various fields of mechanical engineering. Experimentally, using the methods of quenching microstructural, X-ray structural and local X-ray spectral analysis, it was shown that the mechanism of the influence of manganese on the growth forms of iron-containing phases consists in a change in the nature of phase transformations during crystallization, as a result of which, instead of the needle-shaped intermetallic β-FeSiAl5 with a monoclinic lattice, a branched hexagonal phase, which in the literature is designated as α-(Fe,Mn)3Si2Al15. The ratio of the phases α-(Fe,Mn)3Si2Al15 and β-FeSiAl5 in alloys and the features of their crystallization depend on the concentration of manganese. At 0.3% Mn in the second stage of crystallization, after the separation of the primary crystals of solid aluminum solution from the liquid, there is a eutectic transformation: Р → α-(Fe,Mn)3Si2Al15 + Alα. The formation of the α-(Fe,Mn)3Si2Al15 phase continues at the third and fourth stages following the reactions: Р → α-(Fe,Mn)3Si2Al15 + β-FeSiAl5 + Alα and Р → α-(Fe,Mn)3Si2Al15 + β-FeSiAl5 + Si + Alα. These eutectics can be formed both by the mechanism of cooperative growth of phases α-(Fe,Mn)3Si2Al15, β-FeSiAl5, Alα and α-(Fe,Mn)3Si2Al15, β-FeSiAl5, Si, Alα, and as a result of the formation of binary eutectics β-FeSiAl5+ Alα, α-(Fe,Mn)3Si2Al15 + Alα and Si + Alα, which nucleate and grow simultaneously in the same temperature range. Moreover, the volume fraction of the β-FeSiAl5 phase is very significant. An increase in the concentration of manganese to 0.5% leads to the suppression of the reactions by which the β-phase is formed. X-ray structural studies have established that the intermetallic compound α(Fe,Mn)3Si2Al15 is a solid solution of manganese in the compound α-Fe2SiAl8. It has a variable composition, which is primarily due to the content of manganese and iron in the alloy, and the forms of its growth depend on the amount of Fe + Mn in this phase. With an increase in their total concentration, the morphological features of the phase change in the sequence: finely differentiated eutectic crystals → large eutectic crystals with thickened branches → primary crystals.Liquid-phase treatment of alloys doped with manganese with a unipolar pulsed electric current leads to significant changes in the microstructure and phase composition, which largely depend on the parameters of the electric current - its density and frequency. Under optimal processing conditions, the β-FeSiAl5 phase, which is the main factor of negative influence on the mechanical properties of aluminum alloys, is absent, even in the alloy with 0.3% Mn. Strengthening the action of manganese by treating the melt with an electric current makes it possible to limit its concentration in hypoeutectic silumins to 0.2-0.3 %, with obtaining a high level of mechanical properties.
|
| publisher |
National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine |
| publishDate |
2020 |
| url |
https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/86 |
| work_keys_str_mv |
AT prigunovaag theroleofmanganeseandliquidphaseelectrictreatmentontheformationofironcontainingphasesinpredeutecticalloysofthealsifemnsystemprocessylitʹa2020tom1424p1325 AT prigunovaag rolʹmargancûírídkofaznogoobroblennâelektričnimstrumomnaformuvannâzalízovmísnihfazudoevtektičnihsplavahsistemialsifemnprocessylitʹa2020tom1424p1325 AT prigunovaag roleofmanganeseandliquidphaseelectrictreatmentontheformationofironcontainingphasesinpredeutecticalloysofthealsifemnsystemprocessylitʹa2020tom1424p1325 |
| first_indexed |
2025-09-24T17:42:43Z |
| last_indexed |
2025-09-24T17:42:43Z |
| _version_ |
1844168112360914944 |
| spelling |
oai:ojs2.localhost:article-862023-06-22T09:13:51Z The Role of Manganese and Liquid-Phase Electric Treatment on the Formation of Iron-Containing Phases in Predeutectic Alloys of the Al-Si-−Fe-Mn System: Processy litʹâ, 2020, Tom 142, №4, p.13-25 Роль марганцю і рідкофазного оброблення електричним струмом на формування залізовмісних фаз у доевтектичних сплавах системи Al–Si–Fe–Mn: Processy litʹâ, 2020, Tom 142, №4, p.13-25 Пригунова, А. Г. алюміній-кремнієві сплави залізовмісні фази легування марганцем оброблення розплаву однополярним імпульсним електричним струмом aluminum-silicon alloys iron-containing phases alloying with manganese Received 05.10.2020 UDK 669.2/. 8.017 : 537.3.39 This work has developed an understanding of the mechanism of the formation of iron-containing phases and their forms of growth in hypoeutectic alloys of the Al−SI−Fe−Mn system, depending on the manganese content and the treatment of the melt with a unipolar pulse electric current. The study was carried out on basic alloys Al−8 % Si−0.9% Fe−0.3% Mn and Al− 8% Si− 0.9% Fe−0.5% Mn, the composition of which was chosen taking into account the concentration boundaries of silicon, iron and manganese in industrial silumins AK7, AK9, AK8M3, AK9M2 in accordance with DSTU 2839-94. Alloys are produced from scrap and waste of non-ferrous metals and are widely used as structural materials in various fields of mechanical engineering. Experimentally, using the methods of quenching microstructural, X-ray structural and local X-ray spectral analysis, it was shown that the mechanism of the influence of manganese on the growth forms of iron-containing phases consists in a change in the nature of phase transformations during crystallization, as a result of which, instead of the needle-shaped intermetallic β-FeSiAl5 with a monoclinic lattice, a branched hexagonal phase, which in the literature is designated as α-(Fe,Mn)3Si2Al15. The ratio of the phases α-(Fe,Mn)3Si2Al15 and β-FeSiAl5 in alloys and the features of their crystallization depend on the concentration of manganese. At 0.3% Mn in the second stage of crystallization, after the separation of the primary crystals of solid aluminum solution from the liquid, there is a eutectic transformation: Р → α-(Fe,Mn)3Si2Al15 + Alα. The formation of the α-(Fe,Mn)3Si2Al15 phase continues at the third and fourth stages following the reactions: Р → α-(Fe,Mn)3Si2Al15 + β-FeSiAl5 + Alα and Р → α-(Fe,Mn)3Si2Al15 + β-FeSiAl5 + Si + Alα. These eutectics can be formed both by the mechanism of cooperative growth of phases α-(Fe,Mn)3Si2Al15, β-FeSiAl5, Alα and α-(Fe,Mn)3Si2Al15, β-FeSiAl5, Si, Alα, and as a result of the formation of binary eutectics β-FeSiAl5+ Alα, α-(Fe,Mn)3Si2Al15 + Alα and Si + Alα, which nucleate and grow simultaneously in the same temperature range. Moreover, the volume fraction of the β-FeSiAl5 phase is very significant. An increase in the concentration of manganese to 0.5% leads to the suppression of the reactions by which the β-phase is formed. X-ray structural studies have established that the intermetallic compound α(Fe,Mn)3Si2Al15 is a solid solution of manganese in the compound α-Fe2SiAl8. It has a variable composition, which is primarily due to the content of manganese and iron in the alloy, and the forms of its growth depend on the amount of Fe + Mn in this phase. With an increase in their total concentration, the morphological features of the phase change in the sequence: finely differentiated eutectic crystals → large eutectic crystals with thickened branches → primary crystals.Liquid-phase treatment of alloys doped with manganese with a unipolar pulsed electric current leads to significant changes in the microstructure and phase composition, which largely depend on the parameters of the electric current - its density and frequency. Under optimal processing conditions, the β-FeSiAl5 phase, which is the main factor of negative influence on the mechanical properties of aluminum alloys, is absent, even in the alloy with 0.3% Mn. Strengthening the action of manganese by treating the melt with an electric current makes it possible to limit its concentration in hypoeutectic silumins to 0.2-0.3 %, with obtaining a high level of mechanical properties. Надійшла 05.10.2020 УДК 669.2/. 8.017 : 537.3.39 У роботі розвинуто уявлення про механізм формування залізовмісних фаз і їх форми росту в доевтектичних сплавах системи Al-SI-Fe–Mn залежно від вмісту марганцю і оброблення роз плаву однополярним імпульсним електричним струмом. Дослідження проведено на базових сплавах Al–8%Si-0,9%Fe-0,3%Mn і Al-8%Si-0,9%Fe-0,5%Mn, склад яких вибрано з ураху ванням концентраційних меж кремнію, заліза і марганцю в промислових силумінах АК7, АК9, АК8М3, АК9М2 за ДСТУ 2839–94. Сплави виробляють з брухту та відходів кольорових металів і широко використовують як конструкційні матеріали в різних сферах машинобудування. Експериментально, з використанням методів гартівно-мікроструктурного, рентгеноструктурного і локального рентгеноспектрального аналізу, показано, що механізм впливу марганцю на форми росту залізовмісних фаз полягає в зміні характеру фазових перетворень при кристалізації, внаслідок чого замість голкоподібного інтерметаліду β-FeSiAl5 з моноклінною решіткою утворюється гексагональна розгалужена фаза, яку в літературних джерелах позначають як α-(Fe,Mn)3Si2Al15. Співвідношення фаз α-(Fe,Mn)3Si2Al15 і β-FeSiAl5 в сплавах і особливості їх кристалізації залежать від концентрації марганцю. При 0,3 % Mn на другому етапі кристалізації, після виділення з рідини первинних кристалів твердого розчину алюмінію, відбувається евтектичне перетворення: Р → α-(Fe,Mn)3Si2Al15 + Alα. Формування фази α-(Fe,Mn)3Si2Al15 продовжується на третій та четвертій стадіях за реакціями: Р → α-(Fe,Mn)3Si2Al15 + β-FeSiAl5 + Alα і Р → α-(Fe,Mn)3Si2Al15 + β-FeSiAl5 + Si + Alα. Ці евтектики можуть утворюватися як за механізмом кооперативного росту фаз α-(Fe,Mn)3Si2Al15, β-FeSiAl5, Si, Alα, так і внаслідок формування подвійних евтектик β-FeSiAl5 + Alα, α-(Fe,Mn)3Si2Al15 + Alα і Si +Alα, які зароджуються і зростають одночасно в одному температурному інтервалі. Причому об’ємна частка фази β-FeSiAl5 є досить значною. Підвищення концентрації марганцю до 0,5 % призводить до пригнічення реакцій, за якими утворюється β-фаза. Рентгеноструктурними дослідженнями встановлено, що інтерметалід α-(Fe,Mn)3Si2Al15 – це твердий розчин марганцю в сполуці α-Fe2SiAl8. Він має змінний склад, який, перш за все, зумовлений вмістом марганцю і заліза в сплаві, а форми його росту залежать від суми Fe + Mn в цій фазі. З підвищенням їх загальної концентрації морфологічні особливості фази змінюються в послідовності: тонкодиференційовані евтектичні кристали → крупні евтектичні кристали з потовщеними гілками → первинні кристали.Рідкофазне оброблення однополярним імпульсним електричним струмом сплавів, легованих марганцем, приводить до суттєвих змін в мікроструктурі і фазовому складі, які значною мірою залежать від параметрів електричного струму – його густини і частоти. При оптимальних режимах оброблення фаза β-FeSiAl5, яка є головним чинником негативного впливу на механічні властивості алюмінієвих сплавів, відсутня, навіть в сплаві з 0,3 % Mn. Посилення дії марганцюобробленням розплаву електричним струмом дозволяє обмежити його концентрацію в доевтектичних силумінах до 0,2-0,3 %, з одержанням високого рівня механічних властивостей. National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine 2020-12-01 Article Article application/pdf https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/86 10.15407/plit2020.04.013 Casting processes; Casting processes №4 (142) 2020; 13-25 Процеси лиття; Процеси лиття №4 (142) 2020; 13-25 2707-1626 0235-5884 uk https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/86/88 Авторське право (c) 2020 А. Г. Пригунова https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |