Структура и механические свойства сплава системы Al- Mg- Si- Mn с добавлением лития

Литейный сплав с номинальным составом AlMg5Si2MnLi был исследован с помощью световой микроскопии и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). С использованием световой микроскопии была изучена морфология сплава. Исследования СЭМ показали наличие первичных кристаллов Mg₂Si и упрочняющей марганцевой ф...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автори:	Прач, Е.Л., Михаленков, K.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2014
Назва видання:	Процессы литья
Теми:	Кристаллизация и структурообразование сплавов
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159866
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 механические свойства сплава системы Al- Mg- Si- Mn с добавлением лития / Е.Л. Прач, K.В. Михаленков // Процессы литья. — 2014. — № 5. — С. 33-37. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-159866
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1598662019-10-17T01:25:30Z Структура и механические свойства сплава системы Al- Mg- Si- Mn с добавлением лития Прач, Е.Л. Михаленков, K.В. Кристаллизация и структурообразование сплавов Литейный сплав с номинальным составом AlMg5Si2MnLi был исследован с помощью световой микроскопии и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). С использованием световой микроскопии была изучена морфология сплава. Исследования СЭМ показали наличие первичных кристаллов Mg₂Si и упрочняющей марганцевой фазы. Отмечено, что гомогенизация приводит к изменению морфологии эвтектических ламелей Mg₂Si в сферы. Проведены механические испытания, полученные результаты показали позитивное влияние добавления лития в сплавы системы Al-Mg-Si-Mn. Ливарний сплав з номінальним складом AlMg5Si2MnLi був досліджений за допомогою світлової мікроскопії та скануючої електронної мікроскопії (СЕМ). З викорестанням світлової мікроскопії була вивчена морфологія сплаву. Дослідження СЕМ показали наявність первинних кристалів Mg₂Si та зміцнюючої марганцевої фази. Показано, що гомогенізація призводить до зміни морфології евтектичних ламелей Mg₂Si в сфери. Проведено механічні випробування, отримані результати показали позитивний вплив додавання літію в сплави системи Al-Mg-Si-Mn. Aluminum casting alloy with a nominal composition AlMg5Si2MnLi was examined by light microscopy (LM) and scanning electron microscopy (SEM). Morphology of alloy was studied using LM. SEM research showed the presence of the primary Mg₂Si crystals and hardening Al(Mn,Fe)Si phase. The research showed that homogenization leads to changes in the morphology of eutectic lamella Mg₂Si in spears. Mechanical tests were conducted, the results showed a positive effect of the addition of lithium in alloys of the Al-Mg-Si-Mn. 2014 Article Структура и механические свойства сплава системы Al- Mg- Si- Mn с добавлением лития / Е.Л. Прач, K.В. Михаленков // Процессы литья. — 2014. — № 5. — С. 33-37. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159866 669.714 ru Процессы литья Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Кристаллизация и структурообразование сплавов Кристаллизация и структурообразование сплавов
spellingShingle	Кристаллизация и структурообразование сплавов Кристаллизация и структурообразование сплавов Прач, Е.Л. Михаленков, K.В. Структура и механические свойства сплава системы Al- Mg- Si- Mn с добавлением лития Процессы литья
description	Литейный сплав с номинальным составом AlMg5Si2MnLi был исследован с помощью световой микроскопии и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). С использованием световой микроскопии была изучена морфология сплава. Исследования СЭМ показали наличие первичных кристаллов Mg₂Si и упрочняющей марганцевой фазы. Отмечено, что гомогенизация приводит к изменению морфологии эвтектических ламелей Mg₂Si в сферы. Проведены механические испытания, полученные результаты показали позитивное влияние добавления лития в сплавы системы Al-Mg-Si-Mn.
format	Article
author	Прач, Е.Л. Михаленков, K.В.
author_facet	Прач, Е.Л. Михаленков, K.В.
author_sort	Прач, Е.Л.
title	Структура и механические свойства сплава системы Al- Mg- Si- Mn с добавлением лития
title_short	Структура и механические свойства сплава системы Al- Mg- Si- Mn с добавлением лития
title_full	Структура и механические свойства сплава системы Al- Mg- Si- Mn с добавлением лития
title_fullStr	Структура и механические свойства сплава системы Al- Mg- Si- Mn с добавлением лития
title_full_unstemmed	Структура и механические свойства сплава системы Al- Mg- Si- Mn с добавлением лития
title_sort	структура и механические свойства сплава системы al- mg- si- mn с добавлением лития
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Кристаллизация и структурообразование сплавов
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159866
citation_txt	Структура и механические свойства сплава системы Al- Mg- Si- Mn с добавлением лития / Е.Л. Прач, K.В. Михаленков // Процессы литья. — 2014. — № 5. — С. 33-37. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Процессы литья
work_keys_str_mv	AT pračel strukturaimehaničeskiesvojstvasplavasistemyalmgsimnsdobavleniemlitiâ AT mihalenkovkv strukturaimehaničeskiesvojstvasplavasistemyalmgsimnsdobavleniemlitiâ
first_indexed	2025-07-14T12:25:32Z
last_indexed	2025-07-14T12:25:32Z
_version_	1837625174980034560
fulltext	ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 33 Кристаллизация и структурообразование сплавов УДК 669.714 Е. Л. Прач, K. В. Михаленков Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев СтрУКтУра и МЕханичЕСКиЕ СВойСтВа СПЛаВа СиСтЕМы Al-Mg-Si-Mn С ДобаВЛЕниЕМ Лития* Литейный сплав с номинальным составом AlMg5Si2MnLi был исследован с помощью све- товой микроскопии и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). С использованием световой микроскопии была изучена морфология сплава. Исследования СЭМ показали наличие первичных кристаллов Mg 2 Si и упрочняющей марганцевой фазы. Отмечено, что гомогенизация приводит к изменению морфологии эвтектических ламелей Mg 2 Si в сферы. Проведены механические испытания, полученные результаты показали позитивное влияние добавления лития в сплавы системы Al-Mg-Si-Mn. Ключевые слова: Al-Mg-Si-Mn литейные сплавы, СЭМ, наноразмерные частицы. Ливарний сплав з номінальним складом AlMg5Si2MnLi був досліджений за допомогою світлової мікроскопії та скануючої електронної мікроскопії (СЕМ). З викорестанням світлової мікроскопії була вивчена морфологія сплаву. Дослідження СЕМ показали наявність первинних кристалів Mg 2 Si та зміцнюючої марганцевої фази. Показано, що гомогенізація призводить до зміни морфології евтектичних ламелей Mg 2 Si в сфери. Проведено механічні випробування, отримані результати показали позитивний вплив додавання літію в сплави системи Al-Mg- Si-Mn. Ключові слова: Al-Mg-Si-Mn сплави після лиття, ДСК, нанорозмірні частинки. Aluminum casting alloy with a nominal composition AlMg5Si2MnLi was examined by light microscopy (LM) and scanning electron microscopy (SEM). Morphology of alloy was studied using LM. SEM research showed the presence of the primary Mg 2 Si crystals and hardening Al(Mn,Fe)Si phase. The research showed that homogenization leads to changes in the morphology of eutectic lamella Mg 2 Si in spears. Mechanical tests were conducted, the results showed a positive effect of the addition of lithium in alloys of the Al-Mg-Si-Mn. Keywords: cast Al-Mg-Si aluminium alloys, SEM, nanosize precipitation. Введение Потребность в улучшении механических свойств алюминиевых сплавов при од- новременном уменьшении массы отливки и снижении затрат на термическую обработку определяет необходимость разработки новых сплавов для деталей, ра- ботающих при повышенных нагрузках и температурах. Это особенно актуально для деталей двигателей внутреннего сгорания, в которых планируется использовать водород как топливо [1, 2]. Группа литейных сплавов системы Al-Si является наиболее распространенной группой материалов для получения фасонных отливок [1]. Главное их преимущество состоит в том, что детали из них могут быть получены всеми известными литейными технологиями. Авторы работы [3] показали, что добавки магния в силумины обе- спечивают формирование упрочняющих частиц при дисперсионном твердении. отмечали, что повышение содержания марганца увеличивает количество упрочня- ющих частиц, однако при содержании его 0,5 %мас. увеличения предела текучести не замечалось. *Авторы благодарят Вышеградской фонд и Немецкую службу академических обменов (DAAD) в поддержке исследований, включенных в статью. Кроме того, авторы выражают благодарность исследовательскому центру ICDAM в г. Прага (Чехия) за предоставление материальной базы для проведения исследований 34 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) Кристаллизация и структурообразование сплавов Коммерческие алюминиевые сплавы в большей степени создаются путем тер- мообработки и искусственного старения, но только девять элементов показывают заметную растворимость в твердом состоянии (более 1 ат.%) в алюминии и только 5 (Mg, Si, Fe, Cu, Zn) используются в коммерческих сплавах [4]. Добавки исследуе- мого сплава указаны в табл. 1 . основная проблема в разработке материала с хорошими механическими свой- ствами заключается в контроле морфологии, относительного объема и состава фазовых частиц, образующихся в процессе литья и во время термообработки. Укрупненное зерно, как правило, приводит к образованию трещин. Таким образом, важны не только условия применяемой термообработки, но также оптимальный химический состав материала. В данной работе рассматривается сплав системы Al-Mg-Si-Mn-Li, который был гомогенизирован в течение 30, 60 и 90 мин. Целью данной работы является изучение структуры исследуемого сплава и определение влияния термической обработки на микро- и макротвердость. Ис- следования проводились с помощью световой и сканирующей электронной микро- скопии (СЭМ). Методика проведения исследования В качестве исследуемого материала выбрали сплав AlMg5Si2MnLi (табл. 2), вы- плавленный в лабораторных условиях (заливка в металлическую форму). Исходным материалом был алюминий высокой чистоты (A99, 997), AlMg50, AlSi25, AlMn26 и AlLi5, которые использовались в качестве легирующих добавок. Для сравнения вы- брали промышленный литейный сплав Magsimal 59. Механические свойства и структура сплава изучались в литом состоянии и после гомогенизации при t = 570 0C в течение 30, 60 и 90 мин. Полученные образцы подвергались стандартной металлографической процеду- ре приготовления шлифов и были протравлены реактивом Келлера в течение 17 с для исследования микроструктуры. Глубокое травление проводили по стандартной методике с использованием 15 % водного раствора NaOH. Микротвердость измеряли по методу Викерса для зерен α-Al с нагрузкой 0,05 кгс и временем индентирования 10 с, а также по методу Бринелля, диаметр индентора составлял 2,5 мм, нагрузка – 62,5 кг. таблица 2. Состав исследуемых сплавов, ат.% (Al – основа) Сплав Mg Si Mn Fe Li Magsimal 59 5,47 2,20 0,69 0,12 – L 5,52 1,91 0,29 – 3,79 таблица 1. наиболее важные добавки и их влияние [5] Li Mn Mg Способствует росту модуля упру- гости. Несет модифицирующий эффект повышает коррозионную стой- кость, в сочетании с магнием сни- жают тепло- и электропроводность алюминия Повышает корро- зионную стойкость повышает прочность, увели- чивает твердость и улучшает коррозионную стойкость, сварочную способность ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 35 Кристаллизация и структурообразование сплавов Исследования структуры проводились с использованием светового микроскопа Neophot 32, снимки СЭМ были получены на JEOL 7600. Результаты и обсуждения В данной работе были определены характер и морфология сплава в литом со- стоянии и после гомогенизации. Морфология фаз была первоначально исследована с помощью световой микроскопии. На изображениях, полученных с помощью СЭМ, были обнаружены первичные кристаллы Mg 2 Si (рис. 1, 2). Химический анализ α-Al фазы показал наличие, ат.%: 2,32 Mg; 0,32, 0,25 Mn; 97,12 Al. На рис. 2, а, б представлена морфология эвтектики (Al)+(Mg 2 Si). Добавление лития несет модифицирующий эффект, ламели сплава системы Al-Mg-Si-Mn име- ют пластинчатую морфологию, после добавления лития они трансформируются в тонкие волокна. гв ба Рис. 1. Изображения сплава Li, полученные с помощью СЭМ: а – в литом со- стоянии; б – после гомогенизации в течение 30 мин; в – 60; г – 90 мин Рис. 2. Морфология эвтектики (Al)+(Mg 2 S): а – глубокое травление в течение 5 мин без добавления Li; б – глубокое травление в течение 5 мин с добавлением Li; в – изображение первичного кристалла Mg 2 Si после глубокого травления а б в 36 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) Кристаллизация и структурообразование сплавов С помощью EDX анализа был установлен химический состав найденных первичных кристаллов (табл. 3, рис. 2 б, в). Стехиометри- ческий состав Mg 2 Si составляет, ат.%: 66,7 Mg и 33,3 Si (отношение Mg/Si составляет 2,0), полученное соотношение Mg/Si равно 1,3:1,0. Предположительно, это связано с тем, что алю- миниевые сплавы, литий и фаза Mg 2 Si склонны к быстрому окислению, что приводит к большому наличию кислорода в спектре благодаря тому, что электронный пучок может охватывать частично и матрицу. Авторы [6] пришли к выводу, что добавление лития в количестве 0,5 %мас. и более ведет к изменению морфологии первичных кристаллов Mg 2 Si от правильной кристаллической к сферической. По нашему мнению, изменение морфологии пер- вичных кристаллов в работе [6] происходило исключительно в процессе экструзии. Результаты исследований в работе показали, что литий не меняет морфологию кристаллов, а лишь ведет к уменьшению размера (по сравнению с базовым сплавом Hydronalium 511, который не содержит лития) от 10-20 до 5-10 мкм, что подтверж- дается авторами работы [7]. Фаза, содержащая марганец, присутствует в обоих исследуемых сплавах (рис. 1, 3), ее химический состав следующий, ат.%: 3,4 Mg; 80,71 Al; 1,74 Si; 4,32 Mn; 3,33 Fe. Эта фаза может быть идентифицирована как α-Al 15 (Fe,Mn) 3 Si 2 и является типичной для промышленных литейных сплавов, содержащих марганец. Добавление лития несет модифицирующий эффект, значительно уменьшая его в размерах по срав- нению со сплавами, содержащими скандий (рис. 3). опытные сплавы были подвергнуты стандартным механическим испытаниям, результаты которых представлены в табл. 4. Полученные значения показывают значительное улучшение механических свойств у сплава с добавлением лития, по сравнению с промышленным сплавом Magsimal 59. Рис. 3. СЭМ изображения марганцевой фазы Al(Mn,Fe)Si: а – в иссле- дуемом сплаве; б – сплав системы Al-Mg-Si-Mn с добавлением скандия а б таблица 3. химический состав первичного кристалла, ат.% Спектр O Mg Al Si всего ат.% 31,76 33,98 9,05 25,20 100,00 таблица 4. Механические свойства исследуемых сплавов Сплав HV HB Rm, MPa Rp0,2, MPa Удлинение, мм L 91 87 226,9 163 3,4 Magsimal 59 74 75 219,9 155,5 2,7 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 37 Кристаллизация и структурообразование сплавов Изучено влияние лития и последующей гомогенизации на структуру и механи- ческие свойства сплава системы Al-Mg-Si-Mn, что позволяет сделать следующие выводы: •Добавление лития в базовый состав несет модифицирующий эффект и приво- дит к изменению морфологии эвтектики (Al) + (Mg 2 Si) от пластин к тонким волокнам. Последующая гомогенизация сплава способствует дезинтеграции ламелей Mg 2 Si на отдельные сферы. •Химический состав первичных кристаллов Mg 2 Si, найденных в сплаве, хорошо согласуется с теоретическими данными. Модифицирующий эффект лития приводит к измельчению первичных кристаллов относительно базового сплава. Кристаллы имеют кубическую форму, гомогенизация способствует изменению их морфологии. •Добавление лития положительно влияет на механические свойства исследу- емого сплава. 1. Бойко В. В., Линк Т., Михаленков К. Упрочняющие частицы в литейных алюминиевых спла- вах // оборудование и инструмент для профессионалов. Сер Металлообработка. – 2013. – № 1. 2. Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J., Wierzbióska M. Morphology prediction of intermetallics formed in 4xxx type of aluminium alloy // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. – 2008. – № 8/2. 3. Wang Q. G., Davidson C. J. Solidification and precipitation behaviour of Al-Si-Mg casting alloys // Journal of Materials Science. – 2001. – № 36.– p. 739-750. 4. Dobrzański L. A., Labisz K., OlsenA. Microstructure and mechanical properties of the Al-Ti alloy with calcium addition // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. – 2008. – № 26/2. 5. Mondolfo L. F. Aluminium Alloys Structure and properties. – London: Butterwortha, 1976. 6. Razaghiana A., Bahramia A.,Emamyb M. The influence of Li on the tensile properties of extruded in situ Al–15 % Mg 2 Si composite // Materials Science and Engineering A. – 2012. – Р. 346-353. 7. The effect of Li on the tensile properties of cast Al–Mg2Si metal matrix composite / R. Hadian, M. Emamyb, N. Varahram, N. Nemati // Materials Science and Engineering A. – 2008. – № 490. – Р. 250–257. Поступила 29.04.2014

Структура и механические свойства сплава системы Al- Mg- Si- Mn с добавлением лития

Репозитарії

Схожі ресурси