Морфология и свойства первичных кристаллов Mg₂Si в сплавах системы Al-Mg -Si

Представлены трехмерная морфология и механизм роста первичных кристаллов Mg₂Si в Al-Mg-Si сплавах. Первичные кристаллы Mg₂Si могут принимать такие различные геометрические формы, как октаэдр, куб, усеченные октаэдр и куб, скелетный кристалл и дендрит, но они имеют тенденцию к образованию октаэдра, к...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
Hauptverfasser:	Трудоношин, А.И., Mихаленков, K.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2014
Schriftenreihe:	Процессы литья
Schlagworte:	Кристаллизация и структурообразование сплавов
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159867
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Морфология и свойства первичных кристаллов Mg₂Si в сплавах системы Al-Mg -Si / А.И. Трудоношин, K.В. Mихаленков // Процессы литья. — 2014. — № 5. — С. 38-47. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-159867
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1598672019-10-17T01:25:30Z Морфология и свойства первичных кристаллов Mg₂Si в сплавах системы Al-Mg -Si Трудоношин, А.И. Mихаленков, K.В. Кристаллизация и структурообразование сплавов Представлены трехмерная морфология и механизм роста первичных кристаллов Mg₂Si в Al-Mg-Si сплавах. Первичные кристаллы Mg₂Si могут принимать такие различные геометрические формы, как октаэдр, куб, усеченные октаэдр и куб, скелетный кристалл и дендрит, но они имеют тенденцию к образованию октаэдра, кристалла равноосной формы с минимальной поверхностной энергией. Показано два механизма модификации, а также проанализировано влияние легирующих элементов (Mn, Sr, Li, Ti) на размер и морфологию первичных кристаллов Mg₂Si. Представлено тривимірну морфологію і механізм росту первинних кристалів Mg₂Si в Al-Mg-Si сплавах. Первинні кристали Mg₂Si демонструють такі різні геометричні форми, як октаедр, куб, усічені октаедр та куб, скелетний кристалл та дендрит, хоча вони мають тенденцію до утворення октаедра, кристалла рівноосної форми, з мінімальною поверхневою енергією. Показано два механізма модифікації, а також проаналізовано вплив легуючих елементів (Mn, Sr, Li, Ti) на розмір і морфологію первинних кристалів Mg₂Si. Three-dimensional morphologies and growth mechanism of primary crystals Mg₂Si in Al-Mg-Si alloys were studied. Primary crystals Mg₂Si in the alloys display various geometric shapes, such as octahedron, hopper, truncated octahedron, cube and dendrite, although they tend to form faceted octahedron (equilibrium shape) with minimized total surface free energy. Two mechanisms of modification was presented in the paper, as well as the influence on the size and morphology of the primary crystals Mg₂Si of alloying elements (Mn, Sr, Li, Ti) was analyzed. 2014 Article Морфология и свойства первичных кристаллов Mg₂Si в сплавах системы Al-Mg -Si / А.И. Трудоношин, K.В. Mихаленков // Процессы литья. — 2014. — № 5. — С. 38-47. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159867 669.715’721’782 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 Трудоношин, А.И. Mихаленков, K.В. Морфология и свойства первичных кристаллов Mg₂Si в сплавах системы Al-Mg -Si Процессы литья
description	Представлены трехмерная морфология и механизм роста первичных кристаллов Mg₂Si в Al-Mg-Si сплавах. Первичные кристаллы Mg₂Si могут принимать такие различные геометрические формы, как октаэдр, куб, усеченные октаэдр и куб, скелетный кристалл и дендрит, но они имеют тенденцию к образованию октаэдра, кристалла равноосной формы с минимальной поверхностной энергией. Показано два механизма модификации, а также проанализировано влияние легирующих элементов (Mn, Sr, Li, Ti) на размер и морфологию первичных кристаллов Mg₂Si.
format	Article
author	Трудоношин, А.И. Mихаленков, K.В.
author_facet	Трудоношин, А.И. Mихаленков, K.В.
author_sort	Трудоношин, А.И.
title	Морфология и свойства первичных кристаллов Mg₂Si в сплавах системы Al-Mg -Si
title_short	Морфология и свойства первичных кристаллов Mg₂Si в сплавах системы Al-Mg -Si
title_full	Морфология и свойства первичных кристаллов Mg₂Si в сплавах системы Al-Mg -Si
title_fullStr	Морфология и свойства первичных кристаллов Mg₂Si в сплавах системы Al-Mg -Si
title_full_unstemmed	Морфология и свойства первичных кристаллов Mg₂Si в сплавах системы Al-Mg -Si
title_sort	морфология и свойства первичных кристаллов mg₂si в сплавах системы al-mg -si
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Кристаллизация и структурообразование сплавов
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159867
citation_txt	Морфология и свойства первичных кристаллов Mg₂Si в сплавах системы Al-Mg -Si / А.И. Трудоношин, K.В. Mихаленков // Процессы литья. — 2014. — № 5. — С. 38-47. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
series	Процессы литья
work_keys_str_mv	AT trudonošinai morfologiâisvojstvapervičnyhkristallovmg2sivsplavahsistemyalmgsi AT mihalenkovkv morfologiâisvojstvapervičnyhkristallovmg2sivsplavahsistemyalmgsi
first_indexed	2025-07-14T12:25:34Z
last_indexed	2025-07-14T12:25:34Z
_version_	1837625177940164608
fulltext	38 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) Кристаллизация и структурообразование сплавов УДК 669.715’721’782 А. И. Трудоношин, K. В. Mихаленков Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев МОРФОЛОГИЯ И СВОЙСТВА ПЕРВИЧНЫХ КРИСТАЛЛОВ Mg 2 Si В СПЛАВАХ СИСТЕМЫ Al-Mg-Si* Представлены трехмерная морфология и механизм роста первичных кристаллов Mg 2 Si в Al- Mg-Si сплавах. Первичные кристаллы Mg 2 Si могут принимать такие различные геометрические формы, как октаэдр, куб, усеченные октаэдр и куб, скелетный кристалл и дендрит, но они имеют тенденцию к образованию октаэдра, кристалла равноосной формы с минимальной поверхностной энергией. Показано два механизма модификации, а также проанализиро- вано влияние легирующих элементов (Mn, Sr, Li, Ti) на размер и морфологию первичных кристаллов Mg 2 Si. Ключевые слова: Al-Mg-Si литейные сплавы, первичные кристаллы Mg 2 Si, гетерогенное зародышеобразование. Представлено тривимірну морфологію і механізм росту первинних кристалів Mg 2 Si в Al-Mg-Si сплавах. Первинні кристали Mg 2 Si демонструють такі різні геометричні форми, як октаедр, куб, усічені октаедр та куб, скелетний кристалл та дендрит, хоча вони мають тенденцію до утворення октаедра, кристалла рівноосної форми, з мінімальною поверхневою енергією. Показано два механізма модифікації, а також проаналізовано вплив легуючих елементів (Mn, Sr, Li, Ti) на розмір і морфологію первинних кристалів Mg 2 Si. Ключові слова: Al-Mg-Si ливарні сплави, первинні кристали Mg 2 Si, гетерогенне зародко- утворення. Three-dimensional morphologies and growth mechanism of primary crystals Mg 2 Si in Al-Mg-Si alloys were studied. Primary crystals Mg 2 Si in the alloys display various geometric shapes, such as octahedron, hopper, truncated octahedron, cube and dendrite, although they tend to form faceted octahedron (equilibrium shape) with minimized total surface free energy. Two mechanisms of modification was presented in the paper, as well as the influence on the size and morphology of the primary crystals Mg 2 Si of alloying elements (Mn, Sr, Li, Ti) was analyzed. Keywords: cast Al-Mg-Si alloys, Mg 2 Si primary crystal, heterogeneous nucleation. Введение В последние годы при создании новых материалов интересы смещаются в сто- рону облегчения веса, уменьшения стоимости, повышения экологичности. В связи с этим, благодаря своим свойствам (высокие литейные свойства, коррози- онная стойкость, механические характеристики) все большее применение полу- чают композиционные, дисперсионноупрочняющиеся сплавы. С такой тенденцией в литейной практике при изготовлении автомобильных де- талей используют старый класс легких алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si. В литом состоянии сплавы с номинальными составами AlMg7Si3Mn и AlMg5Si2Mn имеют трехфазную структуру: алюминевую матрицу (α-Al), эвтектику (Al)+(Mg 2 Si) и первичные кристаллы Mg 2 Si [1]. Квазибинарные Al-Mg 2 Si сплавы имеют эвтектическую структуру состоящую из α-Al и Mg 2 Si, первым этапом образования которой часто выступают первичные *Авторы благодарят Вышеградской фонд за поддержку исследований, включенных в статью. Кроме того, авторы выражают благодарность исследовательскому центу ICDAM в г. Прага (Чехия) за предоставление материальной базы для проведения исследований. ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 39 Кристаллизация и структурообразование сплавов кристаллы Mg 2 Si [1]. Таким образом, контроль морфологи и количества образован- ных кристаллов Mg 2 Si является важным и интересным направлением в создании современных конструкционных материалов. Силицид магния (Mg 2 Si) обладает низкой плотностью (1,99х103 кг/м3), высокой температурой плавления (1085 0С), высокой твердостью (4,5х109 Н/м2), высоким модулем упругости (120 ГПа) и низким коэффициентом теплового расширения (7,5x10-6 K-1) [2]. Благодаря превосходному сочетанию физических и механических свойств Mg 2 Si широко используется в качестве упрочняющей фазы в Mg 2 Si/Al и Mg 2 Si/Mg композитах, которые считаются перспективными кандидатами для авиа- и автомобилестроения, биомедицины и других направлений [2, 3]. Хорошо известно, что форма кристалла зависит от термодинамических и кинети- ческих факторов. Термодинамически устойчивая морфология всегда имеет самую низкую поверхностную энергию. Тем не менее морфологию кристалла также можно изменитьза счет контроля кинетических факторов [3]. Теоретически формирование кристалла Mg 2 Si при стандартных условиях кри- сталлизации идет по классической модели роста граненого кристалла. Авторы [3-7] наблюдали ряд таких геометрических морфологий первичных кристаллов Mg 2 Si, как октаэдр, усеченный октаэдр, куб, скелетный кристалл («хоппер»), дендрит (рис. 1). Среди перечисленных форм октаэдр и куб с ориентацией граней {111} или {100} представляют особое значение в качестве центра роста эвтектики и оказывают существенное влияние на механические свойства сплавов [2, 3]. Влиять на морфологию первичных кристаллов можно разными способами. На- пример, первичные кристаллы Mg 2 Si при низких скоростях кристаллизации имеют тенденцию к образованию дендритной морфологии, которая ухудшает механиче- ские свойства сплавов и таким образом серьезно ограничивает их промышленное применение, и наоборот [3, 6]. С увеличением содержания магния и кремния в сплавах размер первичных кри- сталлов также увеличивается, а морфология меняется на дендритную [2]. Морфология кристаллов Mg 2 Si меняется от дендритной к многогранной и кубиче- ской с увеличением содержания стронция в Аl-Mg 2 Si сплавах [8]. На размер и форму кристаллов влияют подобным образом фосфор и марганец [4, 9, 10]. Некоторые авторы также обнаружили изменение размера и формы первичных кристаллов при введении в сплав незначительного количества зародышеобразу- ющих компонентов. Так, в работе [11] установлена возможность гетерогенного зарождения кристаллов Mg 2 Si на Sr 11 Sb 10 на зародыше, а в [12] – на зародыше ТiB 2 . Рис. 1. Варианты морфологии и стадии роста кристаллов Mg 2 Si Кубооктаэдр Усеченный куб Куб "Хоппер" октаэдр Усеченный октаэдр 40 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) Кристаллизация и структурообразование сплавов Все вышеперечисленные исследования проводились на заэвтектических сплавах. Целью данного исследования является изучение изменения морфологии и механизма роста кристаллов Mg 2 Si в доэвтектических сплавах Al-Mg 2 Si на основе теории роста кристаллов и детального наблюдения трехмерной морфологии пер- вичных кристаллов. Методика проведения эксперимента Исследования проводили на литых доэвтектических сплавах системы Al-Mg-Si (рис. 2), дополнительно легированных марганцем, титаном, стронцием и литием, химический состав которых представлен в табл. 1. Сплавы выплавляли в печи сопротивления в графитовом тигле (масса плавки 0,25 кг). В качестве исходных материалов использовали алюминий высокой чисто- ты (99,997), лигатуры AlSi25, AlMn26, AlMg50, AlTi6, AlSr10, AlLi5. Перед разливкой металл продували аргоном на протяжении 10 мин. После продувки с поверхности расплава удаляли шлак, и жидкий металл заливали в кокиль при температуре формы 20 0С. При таких условиях скорость охлаждения составляла 5 К с-1. Исследование структуры проводили на литых образцах и образцах после го- могенизации, глубокое травление осуществляли с использованием стандартной методики в 15 %-ном водном растворе NaOH. Результаты и обсуждение Морфология кристаллов Mg 2 Si. В рассматриваемой системе сплавов обнаруже- ны практически все морфологии первичных кристаллов (рис. 3), описанные ранее [2-7, 10-13]. 680 660 450 560 580 600 620 640 0 3 6 9 0 3 6 9 12 15 18 21 24 940 820 840 860 880 90 920 Те м п е р ат ур а, 0 С Те м п е р ат ур а, К Mg 2 Si, %мас. Mg 2 Si, мол.% Рис. 2. Равновесная диаграмма состояния Al-Mg 2 Si (на диа- грамме стрелками обозначены исследуемые сплавы) Сплав Содержание элементов, %мас. (Al – бал.) Mg Si Mn Sr Ti Li G 7,0 3,0 - - - - F 3,0 1,0 0,6 - - - H 5,0 2,0 0,6 - - - K 7,0 3,0 0,6 - - - T 7,0 3,0 0,6 - 0,2 - S 7,0 3,0 0,6 0,2 - - L 5,0 2,0 0,6 - - 1,0 M 5,0 2,0 0,6 - 0,2 - таблица 1. номинальный состав сплавов ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 41 Кристаллизация и структурообразование сплавов Кристаллы типа «хоппер» или скелетные кристаллы (рис. 3, а) наблюдались в сплаве G в зоне слитка, прилегающей к форме, а значит в зоне с повышенной ско- ростью охлаждения. Как известно [14], образование подобной морфологии обычно связано с повышенной вязкостью и пресыщением среды. Кристаллы с дендритной морфологией (рис. 3, д) в доэвтектических сплавах встречаются крайне редко и нами наблюдались только в сплаве G. Их появление в сплаве может быть связано с плохим распределением магния и кремния по слитку, а также с высокими скоростя- ми охлаждения [6, 15]. Подобные морфологии чаще встречаются в заэвтектических сплавах с содержанием 13,9 % Mg 2 Si и выше [2, 6, 16]. В отличии от заэвтектических сплавов, где при увеличении скорости охлажде- ния кристаллы приобретают явно выраженную дендритную структуру, а эвтектика деградирует [16], в доэвтектических сплавах происходит уменьшение размеров кристаллов с 20-30 до 0,5-1мкм (рис. 4 а, б), увеличение их количества приблизи- тельно в 10 раз, но изменение морфологии не происходит. Авторы работы [2] в заэвтектических Al-Mg-Si сплавах показали зависимость изменения морфологии, количества и размеров первичных кристаллов при уве- личении содержания Mg 2 Si. Установили, что с повышением содержания Mg 2 Si от 15 до 30 %мас. количество кристаллов увеличивается, а сами кристаллы при- обретают явно выраженную дендритную морфологию. На рис. 3 представлена различная морфология кристаллов в доэвтектических сплавах при разном со- держании Mg 2 Si, а на рис. 4 показано изменение количества кристаллов, на рис. 3, б – преобладающая морфология кристаллов в сплаве Al-3 %мас. Mg 2 Si. При увеличении содержания Mg 2 Si до 5-7 %мас. кристаллы преимущественно имеют форму правильного октаэдра (рис. 3, в), а при дальнейшем увеличении также можно встретить и кубические кристаллы. Добавление в основной состав (сплав G) марганца в количестве 0,5-0,6 %мас. смещает точку эвтектики в область, богатую алюминием на диаграмме состояния (рис. 2), и способствует более равномерному распределению эвтектики в объеме, а также уменьшает размеры (с 20-30 до 10-15 мкм) кристаллов и их количество (рис. 4, а и г). Результаты эксперимента также подтверждаются авторами работы [9], а дг вб 2 мм 200 мм 2 мм 1 мм 5 мм Рис. 3. Трехмерная морфология первичных кристаллов Mg 2 Si в глубокотравленных образцах: а – «хоппер» – сплав G; б – усеченный октаэдр – сплав F; в – правильный октаэдр – сплав Н; г – куб – сплав S; д – ветвь дендрита – сплав G 42 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) Кристаллизация и структурообразование сплавов которые исследовали влияние марганца на структуру заэвтектических сплавов. они также отметили резкое сокращение кристаллов типа «хоппер» после добавления в сплав марганца. Добавление в сплав К стронция в количестве 0,1 %мас. (сплав S) привело к увели- чению (в сравнении со сплавом К) размеров (с 10-15 до 20-25 мкм) и количества (в среднем в 2 раза) первичных кристаллов Mg 2 Si, а также способствует формированию кристаллов кубической формы (рис. 4, г, е). В работе [8] пришли к выводу, что добав- ление стронция способствует замедлению роста кристалла в направлении [100], что приводит к формированию кубической морфологии (рис. 1). Авторы также установили оптимальное содержания стронция в сплаве – 1,5 %мас. Более высокое содержание способствует формированию нежелательных соединений стронция с кремнием. Добавление в сплав Н лития в количестве 1,0 %мас. (сплав L) привело к увели- чению количества кристаллов (в среднем в 2-2,5 раза), а также среднего размера кристаллов (с 5 до 7-10 мкм) и к более равномерному их распределению в объеме слитка. Как сообщают [13, 17, 18], это связано с изменением поверхностной энергии кристаллов Mg 2 Si, вызванным присутствием атомов Li на поверхности кристалла. В [17, 18] сообщается, что литий сдвигает точку эвтектики в область, богатую Mg 2 Si, а также, что добавление лития изменяет морфологию первичных кристаллов на сферическую. Результаты, полученные в данном исследовании, а также в работе [13] не подтверждают эти данные. При введении в сплав 1,0 %мас. Li в статье не обнаружили ни одного первичного кристалла Mg 2 Si сферической формы. Можно предположить, что сфероидизация первичных кристаллов, представленная в [18], вызвана только экструзией. В [13] дано обоснование смещения точки эвтектики в зону, богатую алюминием, после добавления в сплав лития, а также снижение температуры протекания эвтектической реакции. д гвба ж е Рис. 4. SEM-изображения микроструктур исследуемых сплавов: а – сплав G; б – сплав G с повышенной скоростью охлаждения; в – сплав H; г – сплав K; д – сплав Al-11 Mg 2 Si; е – сплав S; ж – сплав L; стрелками показаны кристаллы Mg 2 Si ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 43 Кристаллизация и структурообразование сплавов Гетерогенное зародышеобразование и рост кристаллов Mg 2 Si. Как правило, есть два возможных механизма модификации сплавов. один заклю- чается во влиянии модификаторов на фронт кристаллизации, то есть на изменение поверхностной энергии растущих кристаллов. Второй основывается на гетерогенном зародышеобразовании, то есть модифицирующие компоненты выступают в каче- стве гетерогенного зародыша. На рис. 5 показан процесс роста октаэдрического кристалла Mg 2 Si из зародыша. В работах [11, 12] описан процесс гетерогенного зародышеобразования в за- эвтектических Al-Mg 2 Si сплавах на частицах TiB 2 и Sr 11 Sb 10 соответственно. В данном исследовании представлены химический состав и возможные мор- фологии зародышеобразующих частиц в доэвтектических сплавах Al-Mg-Si без и с добавлением титана. На рис. 6 показаны SEM-изображения кристаллов Mg 2 Si с зародышами в сплавах без добавления титана: G (рис. 6, а, б), К (рис. 6, в, г) и сплав Н (рис. 6, д, е). EDX- анализ кристаллов показал соответствие их химического состава стехиометриче- скому соотношению (2:1), а в табл. 2 представлен EDX-анализ зародышей. Проанализировав полученные результаты, можно прийти к выводу, что зароды- шеобразующие частички состоят из соединения Al 2 O 3 +SiO 2 +MgO (рис. 7, а) и в от- личии от титаносодержащих зародышей (рис. 8), как видно из рис. 6, не обладают выраженной кристаллической морфологией. На рис. 6 представлены кристаллы и их зародышеобразующие частички, обна- руженные в сплавах Т (рис. 8, а, б) и М (рис. 8, в-е). В табл. 3 приведены данные EDX-анализа зародышей, обнаруженных в титано- содержащих сплавах. При сопоставлении полученных результатов с диаграммой состояния Al-Ti-O (рис. 7, б) было обнаружено, что все три зародыша имеют различный химический состав, они были идентифицированы, согласно [21] (табл. 3). Титаносодержащие зародыши имеют ярко выраженную кристаллическую струк- туру. На рис. 8, г представлен зародыш, состоящий из конгломерата частичек. отсутствие первичного кристалла на рис. 8, в, вероятно, является следствием при- готовления шлифа. Зародыш кристалла остался прикрепленным к α-Al. Это может быть свидетельством того, что и первичные кристаллы Mg 2 Si, и α-Al могут зарож- даться на одних зародышеобразующих частичках. Титаносодержащие зародыши во всех представленных кристаллах (рис. 8) прилегают к α-Al (в отличии от зародышей, представленных на рис. 6). а б Рис. 5. Морфология деградированного кристалла Mg 2 Si в результате повышенной скорости охлаждения, в центре кристалла находится зародышеобразующая час- тичка (а), октаэдрическая морфология Mg 2 Si (б) 44 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) Кристаллизация и структурообразование сплавов Введение в сплав титана приводит к увеличению количества кристаллов и способ- ствует равномерному распределению их по всему объему слитка за счет увеличения количества зародышей. Это приводит к улучшению микроструктуры и механических свойств сплавов [11, 12]. едг вба Рис. 6. Морфология кристаллов и зародышеобразующих частиц: а, б –сплав G; в, г – сплав K; д, е – сплав H таблица. 2. EDX-анализ зародышеобразующих частиц кристаллов Mg 2 Si Кристаллы Элементы, ат.% O Mg Al Si Mn 1 (рис. 6, а, б) 37,40 25,45 13,38 23,67 0,10 2 (рис. 6, в, г) 40,18 24,05 12,07 23,55 0,15 3 (рис. 6, д, е) 39,27 23,79 14,26 22,65 0,04 Al2O3, мол.% Kopyнд SiO2, мол.% Kpиcтoбaли т MgO, мол.% Периклас Mg2SiO4 Фoрстери т MgAl2O4 (Шпинель) MgSiO3 Энстати т Al4SiO4 Al6Si2O13 Myл л и т Mg2Al4Si5O18 Кoрдиери т CaпфиpинMgO + MgAl2O4 + Mg2SiO4 Mg2Al4Si5O18 + MgAl2O4 + Mg2SiO4 SiO2 + MgSiO3 + Mg2Al4Si5O18 Al2O3 Al6Si2O13 MgAl2O4 Al, ат.% O, ат.% Ti, ат.% Al + TiAl3 + Al2O3 TiO + TiAl + Al2O3 Al2O3 TiO Ti3Al TiAl TiAl3 TiAl + TiAl3 + Al2O3 TiO2Ti4O7 Ti3O5 Ti2O3 α−Ti Ti TiAl3 Ti+ TiO+ Ti3Al TiO TiAl Ti3Al Рис. 7. Трехфазные равновесные диаграммы состояния: а – Al 2 O 3 -SiO 2 -MgO; б – Al-Ti-O а б ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 45 Кристаллизация и структурообразование сплавов Выводы • Cплавы системы Al-Mg-Si имеют квазибинарную структуру, состоящую из ма- трици α-Al, эвтектики (Al)+(Mg 2 Si) и первичных кристаллов Mg 2 Si. Зерна α-Al имеют дендритную морфологию, а эвтектика состоит из пластин Mg 2 Si, перемежающихся с α-Al. Зарождение эвтектических ламелей происходит на базовых кристаллах Mg 2 Si, расположенных в центрах эвтектических колоний. • Микроструктурные исследования показали наличие ряда таких геометрических морфологий первичных кристаллов Mg 2 Si, как октаэдр, усеченный октаэдр, куб, по- лый кристалл («хоппер»), дендрит. Было установлено, что характерной морфологией является октаэдр. • Увеличение содержания Mg 2 Si приводит к увеличению количества и укрупне- нию размеров первичных кристаллов, скорость кристаллизации – к измельчению размеров кристаллов. • Введение в сплав дополнительных элементов способствует к изменению формы и размеров кристаллов Mg 2 Si. Вводимые элементы в зависимости от механизма влияния на морфологию делятся на две категории: оказывающие «отравляющий эффект» и способствующие гетерогенному зародышеобразованию. Кристаллы Элементы, ат.% Название фазы и стехиометри- ческий состав зародыша [21] O Mg Al Si Ti V Mn Zr 4 (рис. 8, а, б) 20,07 2,80 19,45 4,11 36,81 15,53 0,67 0,56 α2 - (Ti,V)3Al(O) 5 (рис. 8, в, г) 19,87 4,27 30,27 2,24 28,32 14,02 0,54 0,47 Z - (Ti,V)5A13O2 6 (рис. 8, д, е) 24,72 0,86 37,33 4,10 24,11 8,24 0,36 0,27 γ - (Ti,V)Al(O) таблица 3. EDX-анализ зародышеобразующих частиц кристаллов Mg 2 Si Рис. 8. Морфология кристаллов и зародышеобразующих частиц в сплавах, содержащих титан: а, б – сплав Т; в- е – сплав М дг вба ж 2 мм 200 мм 500 мм 100 мм 200 мм 50 мм 46 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) Кристаллизация и структурообразование сплавов 1. Бойко В. В., Трудоношин А. И., Михаленков К. В. особенности плавления и термической обработки литейного сплава Al-Mg-Si-Mn с добавками 0,1 Ti и 0,1 %мас. Zr // Процессы литья. – 2014. – № 3. – С. 27-37. 2. Morphological evolution and growth mechanism of primary Mg 2 Si phase in //Al–Mg 2 Si alloys C. Li, Y. Y. Wu, H. Li, X. F. Liu // Acta Materialia. – 2011. – Vol. 59. – p. 1058-1067. 3. Jiang Morphology and size control of octahedral and cubic primary Mg 2 Si in an Mg–Si system by regulating Sr contents / L. Chen, H. Y. Wang, Y. J. Li, M. Zha // CrystEngComm. – 2014. – Vol. 16. – p. 448-454. 4. C. Li, X. Liu, Y. Wu Refinement and modification performance of Al–p master alloy on primary Mg 2 Si in Al–Mg–Si alloys // Journal of Alloys and Compounds. – 2008. – Vol. 465. – p. 145-150. 5. Microstructural formation in hypereutectic Al–Mg 2 Si with extra Si / C. Li, Y. Wu, H. Li, X. Liu // Journal of Alloys and Compounds. – 2009. – Vol. 477. – p. 212-216. 6. Qin Q. D., Zhao Y. G. Nonfaceted growth of intermetallic Mg2Si in Al melt during rapid solidifica- tion // Journal of Alloys and Compounds. – 2008. – Vol. 462. – p. L28-L31. 7. Xu C. L., Wang H. Y. , Liu C. , Jiang Q. C. Growth of octahedral primary silicon in cast hypereutectic Al–Si alloys // Journal of Crystal Growth. – 2006. – Vol. 291.– p. 540-447. 8. Zhou Strontium modification and formation of cubic primary Mg 2 Si crystals in Mg 2 Si/Al composite / Q. D. Qin, Y. G. Zhao, C. Liu, p. J. Cong // Journal of Alloys and Compounds. – 2008. – Vol. 454. – p. 142-146 9. Emami Effect of Mn addition on the microstructure and tensile properties of Al–15 %Mg 2 Si compo- site / M. R. Ghorbani, M. Emamya, R. Khorshidi // Materials Science and Engineering A. – 2012. – Vol. 550.– p. 191-198. 10. Effect of phosphorus on microstructure and growth manner of primary Mg 2 Si crystal in Mg 2 Si/Al composite / Q. D. Qin, Y. G. Zhao, W. Zhou, p. J. Cong // Materials Science and Engineering A. – 2007. – Vol. 447. – p. 186-191. 11. Heterogeneous nucleation of Mg 2 Si on Sr 11 Sb 10 nucleus in Mg-x(3.5, 5 wt.%) Si-1Al alloys / H. Y. Wang, L. Chen, B. Liu and et. el. // Materials Chemistry and physics. – 2012. – Vol. 135. – p. 358-364. 12. Li C., Liua X., Zhang G. Heterogeneous nucleating role of TiB 2 or Alp/TiB 2 coupled compounds on primary Mg 2 Si in Al–Mg–Si alloys // Materials Science and Engineering A. – 2008. – Vol. 497. – p. 432-437. 13. Eutectic reaction and microstructural characteristics of Al (Li)-Mg 2 Si alloys / S.-p. Lio, S.-X. Zhao, M.-X. pany and et. el. // Journal of Materials Science. – 2001. – Vol. 36. – p. 1569-1575. 14. Булах А. Г., Кривовочев В. Г., Золотарев А. А. // общая минералогия. – М.: Академия, 2008. – 561 с. 15. Effect of cooling rate on the microstructure of hypereutectic Al-Mg 2 Si alloys / J. Zhang, Z. Fan, Y. Q. Wang, B. L. Zhou // Journal of Materials Science Letters. – 2000. – Vol. 19. – p. 1825-1828. 16. Ourfali M. F., Todd I., Jones H. Effect of Solidification Cooling Rate on the Morphology and Number per Unit Volume of primary Mg 2 Si particles in a Hypereutectic Al-Mg-Si Alloy // Metal- lurgical and Materials Transactions A. – 2005. – Vol. 36 A. – p. 13-68-1372. 17. The effect of Li on the tensile properties of cast Al–Mg 2 Si metal matrix composite Materials Science and Engineering / R. Hadian, M. Emamy, N. Varahram, N. Nemati A. – 2008. – Vol. 490. – p. 250-257 18. Razaghian A. Bahrami А, Emamy М The influence of Li on the tensile properties of extruded in situ Al–15 % Mg 2 Si composite // Materials Science and Engineering A. – 2012. – Vol. 532. – p. 346- 353 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 47 Кристаллизация и структурообразование сплавов 19. Decterov S. A., Kang Y. B., Jung I. H. Thermodynamic Database for the Al-Ca-Co-Cr-Fe-Mg-Mn- -Ni-Si-O-p-S System and Applications in Ferrous process Metallurgy // Journal of phase Equi- libria and Diffusion. – 2009. – Vol. 30, No 5. – p. 443-461. 20. Titanum and titanum alloys: Fundamentals and aplication, ed. C. Leyen M. peters, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. – 2003. – p. 513. 21. Quadakkers Synthesis of the cubic Z-phase in the Ti-Al-O system by a powder metallurgical method / V. Shemet, p. Karduck, H. Hoven and et. el. // Intermetallics. – 1997. – Vol. 5. – p. 271-280. Поступила 16.06.2014 ВНИМАНИЕ! Предлагаем разместить в нашем журнале рекламу Вашей продукции или ре- кламный материал о Вашем предприятии. редакция также может подготовить заказной номер журнала. Стоимость заказного номера - 4000 грн. расценки на размещение рекламы (цены приведены в гривнях) размещение рекламная площадь Стоимость, грн. рекламные блоки в текстовой части журнала Цветные 1/2 страницы 1/3 страницы 1/4 страницы 900 600 300 Черно-белые 1/2 страницы 1/3 страницы 1/4 страницы 550 380 200 Цветная реклама на обложке Третья страница обложки 1 страница 1/2 страницы 1/4 страницы 2800 1400 700 Четвертая страница обложки 1 страница 1/2 страницы 1/3 страницы 3100 1550 1000 При повторном размещении рекламы - скидка 15 % Наш адрес: Украина, 03680, г. Киев- ГСП. Вернадского, 34/1 Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины телефоны: (044) 424-04-10, 424-34-50 факс: (044) 424-35-15; E-mall: proclit@ptima.kiev.ua

Морфология и свойства первичных кристаллов Mg₂Si в сплавах системы Al-Mg -Si

Institution

Ähnliche Einträge