Регистрация / Вход
Прислать материал

СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩИХ СПЛАВОВ БИНАРНЫХ СИСТЕМ Al-Si и Ti-Al

Сведения об участнике
ФИО
Казанцева Людмила Алексеевна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Металлургия и металловедение
Тема
СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩИХ СПЛАВОВ БИНАРНЫХ СИСТЕМ Al-Si и Ti-Al
Резюме
Исследовано структурно-фазовое состояние алюминийсодержащих сплавов бинарных систем Al-Si и Al-Ti. Для улучшения структуры Al-Si сплавов использовали введение модификаторов. Показано улучшение физико-механических свойств модифицируемых сплавов. Предложен новый метод получения материалов на основе системы Al-Ti методом компактирования с последующим дегидрированием. Установлено формирование высокопрочных материалов на основе интерметаллидных фаз, Ti3Al, TiAl, TiAl3.
Ключевые слова
силумин, сплав АК7ч, механические свойства, модифицирование, алюминид титана, гидрирование
Цели и задачи
Цель:
изучить влияние модифицирующих добавок на микроструктуру и фазовый состав алюминийсодержащих сплавов бинарной системы Al-Si и структурно-фазовое состояние сплавов бинарной системы Al-Ti, полученных по «гидридной» технологии.
Задачи:
Получить сплавы бинарной системы Al-Si (сплав АК7ч) путем введения 3 типов модификаторов в расплав (Ультрадисперсные порошки (УДП) оксидов металлов (TiO2 и ZrO2) и криолит (Na3AlF6); K2ZrF6; флюс «Arsal»).
Получить сплавы системы Al-Ti в различных соотношениях компонентов используя «гидридную» технологию (компактирование гидрида титана и нанопорошка алюминия с последующим дегидрированием в инертной атмосфере).
Исследовать микроструктуру, элементный и фазовый состав полученных сплавов Al-Si и Al-Ti систем.
Изучить влияние условий получения и состава сплавов на структурно-фазовое состояние и физико-механические свойства.
Рассмотреть процессы, протекающие в условиях получения сплавов бинарных систем Al-Si и Al-Ti.
Введение

Сплавы на основе легких металлов занимают особое место среди конструкционных материалов.Химический и фазовый состав, структура и характер кристаллизвции являются важнейшими характеристиками, определяющими механические и литейные свойства сплавов.Среди алюминиевых сплавов важное место занимают силумины-Al-Si сплавы. Силумины обладают хорошими литейными свойствами [1].Добавки других химических элементов могут значительно изменить механические свойства сплава.Широкое применение также нашли сплавы на основе алюминия с добавками титана [2].Наиболее преспективной группой композиционных материалов, способных работать в условиях повышенных нагрузок являются титано-алюминиевые композиты содержащие интерметаллидные соединения

Методы и материалы

Методы исследования:

  • Рентгенфазовый анализ;
  • Растровая электронная микроскопия;
  • Просвечивающая микроскопия;
  • Дифференциальный темический анализ;
  • Анализ структуры и текстурных характеристик;
  • Механические испытания

Материалы:

Отливки Al-Si сплава марки АК7ч полученные при введении модификатора в расплав. Компактные образцы Al-Ti сплава полученные при разном мольном соотношении.

Описание и обсуждение результатов

Получены новые образцы отливок сплава АК7ч с помощью введения различных модификаторов в расплав: 0,2 масс.% K2ZrF6; УДП оксидов металлов и криолита в количестве 0,4 масс.%; зарубежный флюс «Arsal». Проведено исследование структуры и фазового состава алюминийсодержащих сплавов бинарной системы Al-Si.Установлено, что после использования модификаторов у всех образцов -сплавов изменяются структурно-фазовые характеристики. Модификатор, введенный в процессе плавки вызывает структурные напряжения в сплаве. Установлено, что модифицированные  образцы характеризуются хаотическим распределением дислокаций. Исходный сплав АК7ч характеризуется низкой плотностью дислокаций, в то время как введение модификаторов приводит к существенным изменениям в дислокационной структуре материала. Максимальная плотность дислокаций наблюдается в образце, полученном при введении  K2ZrF6 (9,91.109 см–2).Рассмотрены процессы кристаллизации в условиях введения модифицирующей смеси. Установлено, что введение ультрадисперсных частиц модификаторов в расплав в количестве 0,3 масс.% обеспечивает достаточную концентрацию частиц (1012–109 шт/см2), являющихся центрами кристаллизации и способствующих формированию мелкокристаллической структуры в отливках силумина.Показано, что введение различных МС влияет на механические свойства отливок. Уменьшение средних размеров вторичных фаз, выделяемых в процессе кристаллизации и увеличение плотности дислокаций приводит к упрочнению материала. Для всех модифицированных образцов наблюдается увеличение показателей относительного удлинения, что, в свою очередь, связано со снижением размеров кристаллов кремния. Оптимальными механическими свойствами обладает образец, модифицированный 0,2% K2ZrF6. Предложен новый метод получения материалов на основе системы Al–Ti включающий в себя: получение гидрида титана; смешение дисперсного порошка гидрида титана с нанопорошком алюминия; компактирование смеси под давлением; удаление водорода в условиях вакуумной термической обработки – вакуумный отжиг. Получена серия образцов при вариации соотношения элементов согласно диаграмме состояния  бинарной системы Al–Ti. Установлено формирование сплавов на основе интерметаллидных фаз составов Ti3Al, TiAl, TiAl2, TiAl3. Показано, что выбранным методом можно получать сложные композиции, содержащие дисперсные интерметаллидные фазы системы Al–Ti. Рассмотренные в работе подходы по получению функциональных свойств Al-Si и Al-Ti сплавов могут быть перспективными для разработки технологических регламентов получения конструкционных материалов в промышленных условиях

Используемые источники
1. Лившиц, Б.Г. Физические свойства металлов и сплавов / Б.Г. Лившиц, В.С. Крапошин, Я.Л. Линецкий – М.: Металлургия, 1980. – 316 с.
2. . Фишер Д. Применение перспективных титановых сплавов в автомобилестроении / Фишер Д., Зибум Х. // Титан, 1993, №1, 82-85 с.
Information about the project
Surname Name
Kazantseva Luydmila
Project title
Structural state and phases formation of the aluminum alloys of the binary Al-Si and Ti-Al systems
Summary of the project
The structural-phase state of aluminum alloys of the binary Al-Si and Al-Ti systems. To improve the structure of Al-Si alloys it was used tree types of the modifiers: K2ZrF6; ultrafine powders (UDP) of metal oxides and cryolite; foreign flux «Arsal 2120" and UDP mixture of metal oxides and cryolite and «Arsal 2120". It was found that after using the modifier for all samples Al-Si alloy it was observed well distribution of the α-Al dendrites and eutectic regions (α-Al + -Si) with a simultaneous decrease of the average size of the silicon particles and allocated iron phases. Results improved physical and mechanical properties of the modified alloys. The series of samples by varying the ratio of the elements according to the phase diagram of Al-Ti binary system. Established the formation of alloys based on intermetallic phases Ti3Al compounds, TiAl, TiAl2, TiAl3. It is shown that the method chosen can be successfully used to obtain compositions containing dispersed intermetallic phases of Al-Ti system.
Keywords
silumin, alloy АК7ч, mechanical properties, modifying, titanium aluminide, hydrogenation