Структура литого композиційного матеріалу системи [Al – FeCr], отриманого з використанням дисперснонаповненої моделі, що газифікується

Шрифт:
30

https://doi.org/10.15407/steelcast2021.01.070

Met. litʹe Ukr., 2021, Tom 29, №1, P. 70-80

І.А. Небожак1, пров. інженер, e-mail: nebozhak@ukr.net
О.В. Дерев’янко2, наук. співр., e-mail: alederevyanko@gmail.com

1Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна)
2Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України (Київ, Україна)

Надійшла 28.12.2020

УДК 669.11/.15:621.74.045.072.2

На прикладі ізотропного литого композиційного матеріалу системи [Al – FeCr], одержаного на основі ливарного алюмінієвого сплаву марки АК12 ДСТУ 2839:1994, доведено ефективність його композиційного зміцнення у «порожнині» ливарної форми при литті за моделями, що газифікуються. Для цього рівномірно на 6-ти горизонтах, досліджено мікроструктуру литих зразків, а також визначено параметри трибоструктури композитних виливків по висоті. Результати металографічного аналізу досліджуваних виливків показали, що структура нульмірного литого композиційного матеріалу системи [Al – FeCr] змінюється по висоті литих зразків. Зокрема, встановлено, що морфологія евтектичних та інших виділень і включень структурних складових отриманого матеріалу, тобто металічної матриці (ливарного алюмінієвого сплаву марки АК12) та армуючої фази (інтерметаліду FeCr – σ-фази), практично однакова по висоті литого зразка. Основою евтектики, яка переважає в структурі, є твердий розчин компонентів сплаву в Al, на фоні якого знаходяться голкоподібні кристали Si різноманітної дисперсності. Іноді зустрічаються первинні кристали Si. Домінуюче місце в мікроструктурі посідають включення інтерметаліду FeCr, які розташовані у вигляді хмароподібних скупчень кристалів неправильної форми різної величини. Топографія евтектичних та інших виділень і включень у кожному із темплетів є однаковою по висоті досліджуваного виливка. 
Аналіз результатів проведених досліджень показав, що між питомою кількістю включень армуючої фази в структурі досліджуваного композиту та їх дисперсністю існує яскраво виражений функціональний зв’язок, тобто середня дисперсність й питома кількість включень армуючої фази змінюються залежно від висоти композитного виливка – дисперсність σ-фази знизу догори поступово підвищується, натомість питома кількість її включень планомірно збільшується. Для порівняння проведено металографічний аналіз матеріалу контрольного виливка, який дозволивз’ясувати, що морфологія евтектичних та інших виділень і включень по висоті литого зразка в усіх темплетах майже однакова. Результати експерименту показали, що у полі металографічних шліфів спостерігаються дендрити a-твердого розчину на основі Al та голкоподібні кристали подвійної кременистої евтектики (a + Si), а також скелетоподібні виділення світло-сірого кольору складної залізомарганцевої фази AlCuMnFe (можливе також утворення фази AlSiMnFe). Математична обробка масиву числових експериментальних даних дозволила вивести емпіричні рівняння, які аналітично описують функціональні залежності, розглянуті вище

Ключові слова: армування, армуюча фаза, газмодель, гідро-, газодинаміка ЛГМ-процесу, інтерметалід FeCr, композитний виливок, композиційне зміцнення, ЛГМ-процес, ЛКМ системи [Al – FeCr], ливарна форма, ливарний Al-сплав марки АК12, литий зразок, математична обробка, матричний розплав, мікроструктура, нульмірний, параметри трибоструктури

Література

1. Галдин Н.М., Чернега Д.Ф., Иванчук Д.Ф. Цветное литье: справочник / Н.М. Галдин и др.; под общ. ред. Н.М. Галдина. 
М.: Машиностроение, 1989. 528 с. (Технология литейного производства).
2. Астахов О.І., Борода Т.А., Касьяненко Г.І., Михацька В.М. Довідник з хімії для вчителів / за ред. О.І. Астахова. Київ: 
Радянська школа, 1976. 352 с.
3. Затуловський А.С. Литі композиційні матеріали. URL: http://esu.com.ua/search_articles.php?id=55239 (дата звернення: 
27.04.2020).
4. Колобнев И.Ф. Термическая обработка алюминиевых сплавов. М.: Металлургиздат, 1961. 416 с.
5. Фридляндер Н.И., Чуистов К.В., Березина А.Л., Колобнев Н.И. Алюминиево-литиевые сплавы. Структура и свойства. 
Киев: Наукова думка, 1992. 192 с.
6. Стретович А.Д., Павленко Ю.В. Диффузионная сварка композиционного материала на алюминиевой основе. Сварка 
разнородных, композиционных и многослойных материалов: сб. науч. тр. Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1990. С. 40–42.
7. Машков Н.Д., Царьков Г.П., Смирнова Г.Н., Зуев О.В., Машков А.Н. Точечная контактная сварка металлокомпозиционного материала системы алюминий – бор. Сварка разнородных, композиционных и многослойных материалов: сб. 
науч. тр. Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1990. С. 47–51.
8. Рябов и др. Диффузионная сварка волокнистого композиционного материала на алюминиевой основе. Автоматическая сварка. 1992. № 9–10. С. 57–60.
9. Братухин А.Г., Лукин В.Н., Глотов Е.Б., Лебедев В.М. Получение лито-сварных конструкций ответственного назначения 
из алюминиевых сплавов. Литейное производство. 1997. № 5. С. 34–35.
10. Переборщиков С.И., Хабаров А.Н., Заболотнов В.М. Лито-сварно-деформированные конструкции из алюминиевых 
сплавов. Литейное производство. 1997. № 7. С. 21–22.
11. Панфилов А.В., Каллиопин И.К., Корогодов Ю.Д., Панфилов А.А. Дисперсно-наполненные износостойкие и антифрикционные композиционные материалы на основе алюминиевых сплавов. Литейное производство. 1997. № 5. 
С. 33–34.
12. Панфилов А.В. Термоциклическая обработка композиционных материалов на алюминиевой основе. Литейное производство. 1997. № 5. С. 35.
13. Никитин В.И., Кандалова Е.Г., Макаренко А.Г., Бубнов Н.В. Структура Al – Ti – B лигатуры, полученной СВС. Литейное 
производство. 1997. № 8–9. С. 19–20.
14. Симонян А.В., Горшков В.А., Юхвид В.И. Формирование слитков алюминидов Ni, Co и Fe методом СВС. Литейное 
производство. 1997. № 8–9. С. 21.
15. Альтман М.Б. и др. Алюминиевые сплавы: справ. пособ. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1983. 352 с. (Плавка и литье алюминиевых сплавов).
16. Лебедев В.М., Мельников А.В., Николаенко В.В. Отливки из алюминиевых сплавов. М.: Машиностроение, 1970. 216 с.
17. Альтман М.Б. Металлургия литейных алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1972. 153 с.
18. Коваль Н.Н., Иванов Ю.Ф. Комплексная электронно-ионно-плазменная обработка поверхности алюминия в едином 
вакуумном цикле. Известия ВУЗов. Физика. 2019. Т. 62. № 7. С. 59–68. (Сильноточная электроника и ее применение).
19. Аверьянов Е.Е. Справочник по анодированию. М.: Машиностроение, 1988. 224 с.
20. Борисов Ю.С., Харламов Ю.А., Сидоренко С.Л., Ардатовская Е.Н. Газотермические покрытия из порошковых материалов: справ. пособ. Киев: Наукова думка, 1987. 544 с.
21. Ирвинг Б. Работы по сварке композитов с металлической матрицей в США. Автоматическая сварка. 1993. № 2.
С. 48–51.
22. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1979. 640 с.
23. Модифицирование силуминов: сб. науч. тр. Киев: АН УССР. Ин-т пробл. материаловедения, 1970. С. 5–96, 119–124, 
131–147, 158–159.
24. Белов В.Д., Гусева В.В., Глотова Л.В., Кирьянова В.В. Внепечная комплексная обработка алюминиевых расплавов. 
Литейное производство. 1997. № 5. С. 37.
25. Чернега Д.Ф. и др. Свойства вторичных алюминиевых сплавов, модифицированных нитридом титана. Литейное производство. 1991. № 3. С. 6–7.
26. Мацубара Х. и др. Алюминиевые сплавы, модифицированные нитридом кремния: пер. с англ. J. Matter. Sci. Lett. 1987. 
Vol. 6. No. 11. P. 1313–1315.
27. Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г., Дятлов А.П. Модифицирование сплава АК7 ультрадисперсными порошками нитридов 
/ под ред. Д.Ф. Чернеги. Киев: Киевский политехн. ин-т, 1986. 10 с. (Деп. в УкрНИИНТИ ГосПлана УССР от 26.09.1986, 
№ 2339; Укр. 86).
28. Лукьянов Г.С., Никитин В.И., Ежов В.Н. Модифицирование мелкокристаллической лигатурой Al – Ti поршневого сплава 
АК12ММгН. Литейное производство. 1997. № 5. С. 38.
29. Лукьянов Г.С., Никитин В.И. Алюминиевые лигатуры с мелкокристаллическим строением. Литейное производство.
1984. № 2. С. 32.
30. Крушенко Г.Г. и др. Повышение механических свойств алюминиевых литейных сплавов с помощью ультрадисперсных 
порошков. Литейное производство. 1991. № 4. С. 17–18.
31. Крушенко Г.Г., Торшилова С.И., Крушенко С.Г. Комплексное модифицирование доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов. Литейное производство. 1984. № 2. С. 32.
32. Крушенко Г.Г. и др. Приготовление литейного алюминиевого сплава АК12М2МгН на жидкой шихте. Литейное производство. 1997. № 8–9. С. 14–15.
33. Бондарев Б.И., Напалков В.И., Тарарышкин В.М. Модифицирование алюминиевых деформируемых сплавов. М.: Металлургия, 1979. 224 с.
34. Шпаков В.И., Нощик А.И. Лигатура Al – Ti – B для модифицирования алюминиевых сплавов. Литейное производство.
1996. № 9. С. 13–14.
35. Шпаков В.И. Прутковая лигатура Al – Ti – B для модифицирования Al – Si – Mg -сплавов. Литейное производство.
1997. № 8–9. С. 16–17.
36. Никитин В.И. и др. Модифицирование сплава АК12ММгН. Литейное производство. 1997. № 8–9. С. 34–35.
37. Никитин В.И., Бубнов Н.В. Влияние мелкокристаллических переплавов (МКП) на кристаллизацию и свойства сплава 
АК9М2. Литейное производство. 1997. № 8–9. С. 36–37.
38. Варга Б., Варга И. Повышение качества антифрикционных сплавов Al – Sn. Литейное производство. 1997. № 8–9. 
С. 54–55.
39. Крушенко Г.Г. и др. Применение ультрадисперсных порошков химических соединений при литье слитков из алюминия 
и деформируемых алюминиевых сплавов. Цветные металлы. 1992. № 10. С. 56–58.
40. Crossley F.A., Mondolfo L.F. Mechanism of grain refinement in aluminum alloys. J. Of Metals. 1951. Vol. 3. No. 12.
P. 135–144.
41. Вейнов А.М., Великоцкий Р.Е. Комплексное модифицирование заэвтектических силуминов. Процессы литья. 1999. 
№ 2. С. 29–31.
42. Михаленков К.В. Перераспределение титана при кристаллизации алюминия. Процессы литья. 2002. № 2. С. 37–41.
43. Гзовский К.Ю., Бялик О.М., Голуб Л.В., Кулинич А.А. Микролегирование алюминиевых сплавов Al – Ti – C -лигатурой. 
Литейное производство. 2001. № 4. С. 15–17.
44. Михаленков К.В., Чернега Д.Ф. Модифицирование алюминия титаном, цирконием и лигатурами AlTiB и AlTiC. Литейное производство. 2001. № 4. С. 17–20.
45. Ламихов Л.К., Самсонов Г.В. О модифицировании алюминия и сплава АЛ7 переходными металлами. Цветные металлы. 1964. № 8. С. 79–82.
46. Затуловский С.С., Кезик В.Я., Иванова Р.К. Литые композиционные материалы. Киев: Техніка, 1990. 240 с.
47. Шумихин В.С., Щерецкий А.А., Лахненко В.Л. Влияние дисперсных частиц на структуру металлической матрицы композиционных материалов на основе алюминия. Процессы литья. 2002. № 2. С. 33–37.
48. Васильев В.В. и др. Композиционные материалы: справ. пособ. / под общ. ред.: В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. 
М.: Машиностроение, 1990. 512 с.
49. Белоусов Н.Н. Литье с кристаллизацией под давлением композитов на алюминиевой основе. Литейное производство. 1992. № 6. С. 14–16.
50. Суспензионное и композиционное литье: сб. науч. тр. Киев: АН УССР. Ин-т пробл. литья, 1988. 128 с.
51. Пилиповский Ю.Л. и др. Композиционные материалы в машиностроении. Киев: Техніка, 1990. 141 с.
52. Технология легких сплавов: сб. науч. тр. / Всерос. ин-т легких сплавов. 1993. № 12. С. 53–72.
53. Композиционный материал, армированный стеклосферами / Хонда Хидэмаса и др.: пат. 52-17495 Япония: МКИ 11B083 
(B22D19/08). № 46-63936; заявл. 20.08.71; опубл. 16.05.77, Когё Гидзюцуинтё (Япония). 3 с.
54. Курганова Ю.А. и др. Технология получения перспективного алюмоматричного композиционного материала с дискретными волокнами Al2
O3
. Технология металлов. 2019. № 10. С. 22–27. (Новые материалы. Технология композиционных 
материалов).
55. Takeshi Kobayashi, Toru Maruyama. Thermal Decomposition Behavior Of Expandable Pattern Including Blended Metal Or 
Metal Oxide Powder In Evaporative Pattern Casting of Al – Si System Alloy. Materials Transactions. 2003. Vol. 44. Iss. 11. 
P. 2404–2409. DOI: https://doi.org/10.2320/matertrans.44.2404 
56. Гаврилюк В.П., Шинский О.И., Ткачук И.В., Небожак И.А. Исследование возможности получения монолитных износостойких композиционных отливок и двухслойных отливок с износостойким композиционным слоем по ЛГМ-процессу. 
Процессы литья. 2000. № 3. С. 86−91.
57. Небожак И.А., Шинский О.И., Гаврилюк В.П., Панасенко Д.Д. Механические свойства изотропных литых композиционных материалов системы [Al – FeCr], полученных методом литья по газифицируемым моделям. Процессы литья.
2004. № 2. С. 83−87.
58. Небожак І.А., Новицький В.Г., Шинський О.Й., Гаврилюк В.П. Триботехнічні властивості сплаву АК12, армованого дисперсним інтерметалідом FeCr. Металознавство та обробка металів. 2004. № 2. С. 62–70.
59. Павлов В.А. Пенополистирол. М.: Химия, 1973. 240 с
60. Модели рассеивания примеси: пер. с англ. / По лицензии “Creative Commons Attribution-Share Alik”. 
URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Модели_рассеивания_примеси (дата звернення: 15.11.2020).
61. Небожак І.А., Калюжний П.Б., Суменкова В.В., Шинський О.Й. Вплив технологічних параметрів ЛГМ-процесу на 
мікроструктуру сірого чавуну, модифікованого дисперсним феросиліцієм у «порожнині» ливарної форми. Процеси 
лиття. 2020. № 2 (140). С. 53–64. DOI: https://doi.org10.15407/plit2020.02.053