Структура и свойства литейных высокопрочных алюминиевых сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легиро¬ванных Zn и Cu

Структура и свойства литейных высокопрочных алюминиевых сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легиро¬ванных Zn и Cu

Представлены результаты исследования структуры и механических свойств сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легированных Zn и Cu. Реализована идея создания высокопрочного литейного сплава на основе эвтектического композита (α-Al+Mg2Si), матрица которого упрочнена дисперсными Zn-, Cu-содержащими фаза...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2015
Автори: Мильман, Ю.В., Легкая, Т.Н., Коржова, Н.П., Бойко, В.В., Воскобойник, И.В., Михаленков, К.В., Мордовец, Н.М., Подрезов, Ю.Н.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2015
Назва видання:Электронная микроскопия и прочность материалов
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114429
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:Структура и свойства литейных высокопрочных алюминиевых сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легиро¬ванных Zn и Cu / Ю.В. Мильман, Т.Н. Легкая, Н.П. Коржова, В.В. Бойко, И.В. Воскобойник, К.В. Михаленков, Н.М. Мордовец, Ю.Н. Подрезов // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2015. — Вип. 21. — С. 30-37. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-114429
record_format dspace
spelling irk-123456789-1144292017-03-08T03:02:43Z Структура и свойства литейных высокопрочных алюминиевых сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легиро¬ванных Zn и Cu Мильман, Ю.В. Легкая, Т.Н. Коржова, Н.П. Бойко, В.В. Воскобойник, И.В. Михаленков, К.В. Мордовец, Н.М. Подрезов, Ю.Н. Представлены результаты исследования структуры и механических свойств сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легированных Zn и Cu. Реализована идея создания высокопрочного литейного сплава на основе эвтектического композита (α-Al+Mg2Si), матрица которого упрочнена дисперсными Zn-, Cu-содержащими фазами, не взаимодействующими с эвтектическими колониями и выделяющимися в процессе термической обработки. Получен сплав, по уровню механических свойств конкурентоспособный промышленным литейным сплавам алюминия (σ0,2 = 450МПа, σВ = 520 МПа и δ = 1,0%). Представлено результати дослідження структури і механічних властивостей сплавів на основі системи Al—Mg—Si, легованих Zn та Cu. Реалізовано ідею створення високоміцного ливарного сплаву на основі евтектичного композита α-Al+Mg2Si, матриця якого зміцнена дисперсними Zn-, Cu-вміщуючими фазами, не взаємодіючими з евтектичними колоніями та такими, що виділяються при термічній обробці. Отримано сплав, який по рівню механічних властивостей є конкурентноздатним промисловим ливарним сплавам алюмінію (σ0,2 = 450МПа, σВ = 520 МПа і δ = 1,0%). The results of investigations the structure and mechanical properties of alloys on the basis of Al—Mg—Si system alloyed by Zn, Cu were submit for consideration. Idea of creating a high-strength casting alloy on the basis of the eutectic α-Al+Mg2Si composite matrix which is reinforced by dispersed Zn-, Cu-containing phases was implemented. Such phases are generated in the process of heat treatment and not interact with eutectic colonies. The casting aluminium alloy was created as competitive industrial alloys. 2015 Article Структура и свойства литейных высокопрочных алюминиевых сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легиро¬ванных Zn и Cu / Ю.В. Мильман, Т.Н. Легкая, Н.П. Коржова, В.В. Бойко, И.В. Воскобойник, К.В. Михаленков, Н.М. Мордовец, Ю.Н. Подрезов // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2015. — Вип. 21. — С. 30-37. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. XXXX-0048 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114429 669.017.25-034.715 ru Электронная микроскопия и прочность материалов Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Представлены результаты исследования структуры и механических свойств сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легированных Zn и Cu. Реализована идея создания высокопрочного литейного сплава на основе эвтектического композита (α-Al+Mg2Si), матрица которого упрочнена дисперсными Zn-, Cu-содержащими фазами, не взаимодействующими с эвтектическими колониями и выделяющимися в процессе термической обработки. Получен сплав, по уровню механических свойств конкурентоспособный промышленным литейным сплавам алюминия (σ0,2 = 450МПа, σВ = 520 МПа и δ = 1,0%).
format Article
author Мильман, Ю.В.
Легкая, Т.Н.
Коржова, Н.П.
Бойко, В.В.
Воскобойник, И.В.
Михаленков, К.В.
Мордовец, Н.М.
Подрезов, Ю.Н.
spellingShingle Мильман, Ю.В.
Легкая, Т.Н.
Коржова, Н.П.
Бойко, В.В.
Воскобойник, И.В.
Михаленков, К.В.
Мордовец, Н.М.
Подрезов, Ю.Н.
Структура и свойства литейных высокопрочных алюминиевых сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легиро¬ванных Zn и Cu
Электронная микроскопия и прочность материалов
author_facet Мильман, Ю.В.
Легкая, Т.Н.
Коржова, Н.П.
Бойко, В.В.
Воскобойник, И.В.
Михаленков, К.В.
Мордовец, Н.М.
Подрезов, Ю.Н.
author_sort Мильман, Ю.В.
title Структура и свойства литейных высокопрочных алюминиевых сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легиро¬ванных Zn и Cu
title_short Структура и свойства литейных высокопрочных алюминиевых сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легиро¬ванных Zn и Cu
title_full Структура и свойства литейных высокопрочных алюминиевых сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легиро¬ванных Zn и Cu
title_fullStr Структура и свойства литейных высокопрочных алюминиевых сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легиро¬ванных Zn и Cu
title_full_unstemmed Структура и свойства литейных высокопрочных алюминиевых сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легиро¬ванных Zn и Cu
title_sort структура и свойства литейных высокопрочных алюминиевых сплавов на основе системы al—mg—si, легиро¬ванных zn и cu
publisher Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
publishDate 2015
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114429
citation_txt Структура и свойства литейных высокопрочных алюминиевых сплавов на основе системы Al—Mg—Si, легиро¬ванных Zn и Cu / Ю.В. Мильман, Т.Н. Легкая, Н.П. Коржова, В.В. Бойко, И.В. Воскобойник, К.В. Михаленков, Н.М. Мордовец, Ю.Н. Подрезов // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2015. — Вип. 21. — С. 30-37. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series Электронная микроскопия и прочность материалов
work_keys_str_mv AT milʹmanûv strukturaisvojstvalitejnyhvysokopročnyhalûminievyhsplavovnaosnovesistemyalmgsilegirovannyhznicu
AT legkaâtn strukturaisvojstvalitejnyhvysokopročnyhalûminievyhsplavovnaosnovesistemyalmgsilegirovannyhznicu
AT koržovanp strukturaisvojstvalitejnyhvysokopročnyhalûminievyhsplavovnaosnovesistemyalmgsilegirovannyhznicu
AT bojkovv strukturaisvojstvalitejnyhvysokopročnyhalûminievyhsplavovnaosnovesistemyalmgsilegirovannyhznicu
AT voskobojnikiv strukturaisvojstvalitejnyhvysokopročnyhalûminievyhsplavovnaosnovesistemyalmgsilegirovannyhznicu
AT mihalenkovkv strukturaisvojstvalitejnyhvysokopročnyhalûminievyhsplavovnaosnovesistemyalmgsilegirovannyhznicu
AT mordovecnm strukturaisvojstvalitejnyhvysokopročnyhalûminievyhsplavovnaosnovesistemyalmgsilegirovannyhznicu
AT podrezovûn strukturaisvojstvalitejnyhvysokopročnyhalûminievyhsplavovnaosnovesistemyalmgsilegirovannyhznicu
first_indexed 2025-07-08T07:30:10Z
last_indexed 2025-07-08T07:30:10Z
_version_ 1837063012602609664
fulltext   47 УДК 620.181.4 Влияние температуры закалки на фазовый состав, структуру и микротвердость сплава Ti—18,7Nb—1,6Si Л. Д. Кулак, Г. Е. Хоменко, Н. В. Минаков, О. В. Дацкевич, Н. Н. Кузьменко, Т. П. Терещенко Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, Киев, e-mail:altifer@ipms.kiev.ua Исследовано влияние температуры нагрева с последующей закалкой от тем- ператур 1100—1300 оС и повторного нагрева с последующей закалкой от температур 800 и 950 оС на фазовый состав, распределение легирующих элементов Nb и Si, структуру и микротвердость литого сплава Ti—18,7Nb— 1,6Si. Установлено, что при повышении температуры нагрева под закалку происходит рост размера зерна, увеличение растворимости Si в Ti с одновременным перераспределением его в объеме материала и резким диспергированием силицидов при 1300 оС, а также уменьшением количества или измельчением ω-фазы. Все эти факторы приводят к увеличению микро- твердости. При повторном нагреве с последующей закалкой от 800 и 950 оС также происходит перераспределение Si, рост размера силицидов и их перераспределение в объеме материала с выделением их по границам зерен, увеличение размера или количества ω-фазы и существенное снижение микротвердости. Ключевые слова: сплав TiNbSi, легирующие элементы Nb и Si, силициды, фазово- структурные превращения, микротвердость. В настоящее время во всем мире ведется поиск новых сплавов, пригодных для использования их в биомедицине [1—6]. В Институте проблем материаловедения такие сплавы разрабатываются на базе системы Ti—xNb—ySi. В этой системе отсутствуют элементы, биологи- чески несовместимые с человеческим организмом. Механические характе- ристики таких сплавов достаточно высокие. Одним из них является сплав Ti—18,7Nb—1,6Si (% (мас.)), прочность которого после соответствующей термомеханической обработки может достигать 1050 МПа при относительном удлинении около 10%. Это позволяет использовать его вместо широко применяемого в настоящее время в медицине сплава ВТ6. Отличительной особенностью этого сплава является то, что при его термомеханической обработке возникают силицидные фазы (Ti, Nb)3Si и (Ti, Nb)5Si3, которые оказывают существенное влияние на характер его деформирования и механические свойства. Поэтому исследование влияния температуры нагрева с последующей закалкой на образование, видоизме- нение и перераспределение силицидов и легирующих элементов Nb и Si, структуру сплава, фазовый состав и механические свойства представляют собой большой интерес, что и стало целью настоящей работы. Для выплавки сплава Ti—18,7Nb—1,6Si использовали электродуговую плавку. В качестве шихтовых материалов взяты иодидный Ti, технический © Л. Д. Кулак, Г. Е. Хоменко, Н. В. Минаков, О. В. Дацкевич, Н. Н. Кузьменко, Т. П. Терещенко, 2015  48 Рис. 1. Микроструктура сплава Ti—18,7Nb—1,6Si (а—д, а`—д`) и распределение Si в сплаве (а``—д``): а, а`, а`` — в литом состоянии; б, б`, б`` — закалка от 1100; в, в`, в`` — от 1200; г, г`, г`` — от 1300; д, д`, д`` — закалка от 1300 оС + 950 оС. Si и прессованные штабики ниобия марки Н6Ш2. Слитки массой 100 г и диаметром 15 мм выплавлены на водоохлаждаемом медном поддоне в аргоновой атмосфере с вольфрамовым нерасходуемым электродом. Для обеспечения химической однородности слитки переплавляли не менее 8 раз. Затем их разрезали на заготовки размерами ø15 × 5 мм с последующим изготовлением шлифов для измерения твердости, проведе- а а` а`` б б` б`` в в` в`` г г` г`` д д` д`` 70 мкм 10 мкм 10 мкм 70 мкм 10 мкм 10 мкм 70 мкм 10мкм 10 мкм  70 мкм 5 мкм 5 мкм   49 ния металлографии и рентгенофазового анализа как в исходном состоянии, так и после закалки. Температура полиморфного превращения для данного сплава ≈740 оС, а температуры закалки 1100—1300 оС и повторного нагрева с последующей закалкой от 800 и 950 оС выбраны, чтобы добиться максимального растворения или измельчения силицидов в сплаве. Нагрев под закалку до температур 1100—1300 оС и 800, 950 оС осуществляли в электропечи с выдержкой 50 мин и последующей закалкой в воду. Фазово-структурные превращения и микротвердость исследовали с использованием следующих приборов: рентгеновской установки ДРОН-3М (напряжение — 22 кВ, ток — 20 мA, щель на детекторе — 0,25 мм, съемка образцов проводилась в CuКα1,2-излучении), оптического микроскопа Jenaphot-2000, твердомера ПМТ-3 (при нагрузке P = 0,2 Н). Распределение элементов в объеме материала контролировали с помощью микроскопа Superprobe-733 "Jeol". Литой сплав Ti—18,7Nb—1,6Si состоит из больших β-Ti зерен (140— 350 мкм), внутри которых находится грубоигольчатая α-фаза (рис. 1, а; 2, 3). В теле β-Ti зерен и по границам фиксируется большое количество силицидов (Ti, Nb)3Si, (Ti, Nb)5Si3 (рис. 1, а`, а``; 2). Твердость литого сплава составляла порядка 3600 МПа (рис. 3). После нагрева с последующей закалкой от температуры 1100 оС про- исходит мартенситное превращение с образованием α``-фазы. Сплав состоит из мартенситной α``-фазы, β-фазы и силицидов (Ti, Nb)3Si, (Ti, Nb)5Si3 (рис. 2, 3). При этом α``-фаза образуется преимущественно вдоль границ β-зерен (рис. 1, б) с одновременной очисткой приграничных областей от 20 30 40 50 60 70 80 90 2θ 2 1 3 4 α-фаза β-фаза α``-фаза ω-фаза (Ti,Nb)3Si (Ti,Nb)5Si3 I Рис. 2. Рентгенограмма сплава Ti—18,7Nb—1,6Si в литом состоянии (1) и после закалки от 1100 (2), 1300 (3), 1300 + + 950 оС (4).  50 силицидов (рис. 1, б`). Силицидные прослойки на границах зерен сильно утолщаются по сравнению с литым состоянием (примерно в 1,5—2 раза), а в теле зерен силициды измельчаются (рис. 1, б`, б``). Размер β-Ti зерен изменился незначительно. Помимо указанных фаз, в сплаве рентгено- фазовым анализом в интервале углов θ = 79—81о выявлена ω-фаза (рис. 2). За счет перераспределения Si и силицидов, появления дисперсной ω-фазы, насыщения мартенсита α``-Ti ниобием [7], возникновения микронапряжений (или наклепа) в результате закалки твердость материала увеличивается (рис. 3). После нагрева и последующей закалки от температуры 1200 оС количество α``-фазы уменьшается, а β-фазы возрастает. Размер зерен β-Ti увеличивается в 1,2—1,5 раза и внутри зерен β-фазы формируется суб- структура из мелких зерен (рис. 1, в). Толщина силицидных прослоек по границам зерен резко уменьшается и они дробятся (рис. 1, в`, в``). В теле зерна происходит измельчение силицидов и очистка приграничных зон от си- лицидов (рис. 1, в`, в``). Как и при закалке от 1100 оС, при закалке от 1200 оС, по данным рентгенофазового анализа, в материале фиксируется ω-фаза, вероятно, более дисперсная (рис. 2). Уменьшение количества α``-Ti-фазы, наличие дисперсной ω-фазы, измельчение силицидов и перераспределение Si с увеличением растворимости в Ti ведут к увеличению твердости материала [8] (рис. 3). После нагрева и последующей закалки от температуры 1300 оС сплав практически полностью состоит из β-фазы, остатков α``-Ti-фазы и ω-фазы (рис. 2, 3). Размер β-Ti зерен существенно увеличился, границы зерен стали тонкими и в них отсутствуют силициды. Силициды становятся более дисперсными (рис. 1, г, г`), Si распределяется в материале равномерно (рис. 1, г``). Все эти факторы приводят к повышению твердости материала (рис. 3). Образцы после закалки от 1300 оС подвергли повторному нагреву при 800 и 950 оС 30 мин с последующей закалкой, что не привело к изменению размера зерна, но вызвало перераспределение Si и уменьшение его Рис. 3. Зависимость твердости и фазового состава сплава Ti—18,7Nb— 1,6Si от температуры закалки. Тзакалки, оС    51 растворимости в Ti. Силициды по сравнению с закалкой от 1300 оС увеличились в размере и появились как в теле зерна, так и в границах (рис. 1, д, д`, д``). После закалки от 950 оС количество силицидов больше и твердость выше, чем у образца после закалки от 800 оС, но оба значе- ния твердости почти на 25% меньше твердости после закалки от 1300 оС. Возможно это обусловлено увеличением количества ω-фазы. Выводы Нагревы под закалку с последующей закалкой сплава Ti—18,7Nb— 1,6Si с повышением Тзак от 1100 до 1300 оС приводят к следующим фазовым превращениям: (α + β) + (Ti, Nb)3Si, (Ti, Nb)5Si3 → (α``+ β) + ω + (Ti, Nb)3Si, (Ti, Nb)5Si3. Нагрев под закалку с последующей закалкой сплава Ti—18,7Nb—1,6Si от температуры 1300 оС способствует диспергированию силицидов, очист- ке границ зерен от силицидов, равномерному распределению Si в объеме материала, стабилизации β-фазы и увеличению микротвердости. При повторных нагревах при 800 и 950 оС с последующей закалкой увеличивается количество силицидов как в границах зерен, так и в теле зерен, они укрупняются, уменьшается растворимость Si в Ti, происходит перераспределение Si и уменьшается микротвердость. 1. Niinomi M. Mechanical properties of biomedical titanium alloys // Mater. Sci. Eng. A. — 1998. — 243. — P. 231—236. 2. Takahashi E. Effect of heat treatment and Sn content on superelasticity in biocompatible TiNbSn alloys / E. Takahashi, T. Sakurai, S. Watanabe // Mater. Trans. — 2002. — 43, No. 12. — P. 2978—2983. 3. Kim Han-Sol. Microstructure and elastic modulus of Ti—Nb—Si ternary alloys for biomedical applications / Kim Han-Sol, Kim Won-Yong, Lim Sung-Hwan // Scripta Materialia. — 2006. — 54, No. 5. — P. 887—891. 4. Kim H. Y. Effect of thermo-mechanical treatment on mechanical properties and shape memory behavior of Ti— (26—28)% (at.) Nb alloys / H. Y. Kim, J. I. Kim, T. Inamura // Mater. Sci. Eng. A. — 2006. — 438—440. — P. 839—843. 5. Li-juan XU. Microstructure and dry wear properties of Ti-Nb alloys for dental prostheses / XU Li-juan, XI Shu-long // Transactions of Nonferrous Metals Society of Chine. — 2009. — 19. — P. 639—644. 6. Josephine Prabha A. Thermodynamics of α`` → β-phase transformation and heat capacity measurements in Ti—15% (at.) Nb alloy / A. Josephine Prabha, S. Raju, B. Jeyaganesh // Phis. B: Condensed Matter. — 2011. — 406, No. 22. — P. 4200—4209. 7. Солонина О. П. Жаропрочные титановые сплавы / О. П. Солонина, С. Г. Гла- зунов. — М. : Металлургия, 1976. — 448 с. 8. Багарацкий Ю. А. Метастабильные фазы в сплавах титана с переходными эле- ментами / Ю. А. Багарацкий, Т. В. Тагунова, Г. И. Носова // Проблемы металло- ведения и физики металлов. — М. : Металлургиздат, 1958. — С. 212—233. Вплив температури загартування на фазовий склад, структуру і мікротвердість сплаву Ti—18,7Nb—1,6Si Л. Д. Кулак, Г. Е. Хоменко, М. В. Мінаков, О. В. Дацкевіч, М. М. Кузьменко, Т. П. Терещенко Досліджено вплив температури нагріву з наступним загартуванням від темпе- ратур 1100—1300 оС і повторного нагріву з наступним загартуванням від  52 температур 800 та 950 оС на фазовий склад, розподіл легуючих елементів Nb і Si, структуру і мікротвердість литого сплаву Ti—18,7Nb—1,6Si. Встановлено, що при підвищенні температури нагріву під загартування відбуваються зростання розміру зерна, збільшення розчинності Si в Ti з одночасним перерозподілом його в об`ємі матеріалу і різким диспергуванням силіцидів при 1300 оС, а також зменшенням кількості або подрібненням ω-фази. Всі ці фактори приводять до збільшення мікротвердості. При повторному нагріві з наступним загартуванням від 800 та 950 оС також виникає перерозподіл Si, зростання розміру силіцидів та їх перерозподіл в об’ємі матеріалу з виділенням їх по границях зерен, збільшення розміру або кількості ω-фази і суттєве зниження мікротвердості. Ключові слова: сплав TiNbSi, легуючі елементи Nb та Si, силіциди, фазово- структурні перетворення, мікротвердість. Effect of quenching temperature on the phase composition, structure and microhardness of the alloy Ti—18,7Nb—1,6Si L. D. Kulak, G. E. Khomenko, N. V. Minakov, O. V. Datskevich, N. N. Kuzmenko, T. P. Tereshchenko The effect of heating temperature followed by quenching from a temperature of 1100— 1300 оC and reheating followed by quenching a temperature of 800 and 950 оC on the phase composition and distribution of the alloying elements Si and Nb, structure and microhardness of the cast alloy Ti—18,7Nb—1,6Si. It is found that increasing of the heating temperature for quenching lead to growth in grain size, the increase of solubility of Si in Ti with its redistribution in the material volume and sharp silicide dispersion at 1300 оC, and the decrease of the amount or grinding of ω phase. All of these factors lead to an increase of microhardness. Reheating and then quenched with 800 of 950 оC leads to a redistribution of Si, increase of the size of their silicides and redistribution in the material volume with precipitation them at the grain boundaries, increasing the size or amount of ω phases and significant decrease of microhardness. Keywords: alloy TiNbSi, alloying elements Nb and Si, silicide, phase-structural transformations, microhardness.

Схожі ресурси