Влияние содержания Si и Cu на размер зерна сплавов систем Al-Si, Al-Cu и Al-Si-Cu в литом состоянии

Измельчение зерна в литых сплавах позволяет повысить их свойства. Наибольшее измельчение зерна сплава достигается при наличии частиц, способных выступать в качестве центров кристаллизации и величины фактора ограничения роста Q. В ряде работ показано, что для сплавов систем Al-Si, Al-Cu, Pb-Sb с увеличением содержания второго компонента (Si, Cu, Sb), размер зерна уменьшается, а при концентрациях близких к пределу растворимости, снова начинает расти. Эти результаты противоречат существующим теоретическим представлениям, так как с увеличением содержания легирующего элемента Q увеличивается.

Был определён размер зерна сплавов систем Al-Si, Al-Cu и Al-Si-Cu. В качестве шихты использовались чистые компоненты (99,99%). Полученные расплавы были залиты в стальную изложницу и разрезаны на темплеты. Размер зёрен определяли на травленых шлифах методом секущих в программе «Sizer».

На рисунке 1 представлена зависимость d от 1/Q. Размер зерна в Al-Cu и Al-Si-Cu сплавах хорошо коррелируется со значением 1/Q, а в сплавах Al-Si хорошая корреляция наблюдается при содержании кремния до 1,6%.

 

Рисунок 1 – Зависимость размера зерна сплавов Al-Si, Al-Cu и Al-Cu-Si от 1/Q

 

Обычно обнаруженные отклонения в системе Al-Si связывают с влиянием титана, который образует первично кристаллизующуюся фазу TiSi₂.

На рисунке 2 представлена зависимость содержания титана в образцах из сплава Al-Si в зависимости от концентрации Si (1), а также граница образования фазы TiSi₂. Видно, что в изученных сплавах первичная кристаллизация TiSi₂ (а также TiSi) невозможна, и рост зерна при содержании кремния выше 2,5% не связан с примесью титана в сплавах Al-Si.

 

Рисунок 2 – Содержание титана в образцах из сплава Al-Si в зависимости от концентрации кремния (Al) и граница образования фазы TiSi₂ по данным (Quested и др., 2006)