Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия.
В. В. Дорошенко, инженер кафедры «Обработка металлов давлением»
Е. А. Наумова, доцент кафедры «Обработка металлов давлением», эл. почта: jan73@mail.ru
Т. А. Базлова, доцент кафедры «Литейные технологии и художественная обработка материалов»
М. Е. Самошина, старший научный сотрудник кафедры «Обработка металлов давлением»
Исследованы фазовый состав и структура сплавов тройных систем Al – Ca – Mg, Al – Ca – Zn и четверной системы Al – Ca – Zn – Mg. Экспериментальные сплавы, содержащие 2,5 % Mg, 4–10 % Ca и 1–12 % Zn, плавили в индукционной печи фирмы РЭЛТЕК. Использовали алюминий А99. Металлический кальций вводили в алюминиевой фольге четырьмя порциями при температуре алюминиевого расплава ~780 оС. При температуре расплава 730–740 оС вводили цинк и магний в виде двух порций, завернутых в алюминиевую фольгу. Разливку металла производили в стальную форму при температуре 710–720 оС, получая плоские отливки размерами 15×30×180 мм. Микроструктуру образцов изучали на оптическом микроскопе Olympus GX51 и сканирующем электронном микроскопе Tescan Vega 3. Для расчета фазового состава системы Al – Ca – Mg – Zn использовали программу Thermo-Calc. С помощью расчетных и экспериментальных методов построены фрагменты фазовых диаграмм Al – Ca – Mg, Al – Ca – Zn и Al – Ca – Zn – Mg в области, богатой алюминием: проекции поверхностей ликвидус и солидус системы Al – Ca – Zn – Mg, а также политермические разрезы при 2,5 % Mg и переменном содержании кальция и цинка. Расчетные и экспериментальные данные хорошо согласуются между собой. Доэвтектические сплавы состоят из дендритов (Al) и эвтектики (Al) + Al4Ca. Добавки магния и цинка заметно снижают концентрацию кальция, при которой появляются первичные кристаллы фазы Al4Ca. Структура эвтектики в тройных сплавах системы Al – Ca – Mg значительно грубее, чем в сплавах системы Al – Ca, а структура эвтектики тройных сплавов Al – Ca – Zn грубее, чем в сплавах Al – Ca, но тоньше, чем в сплавах системы Al – Ca – Mg. С помощью микрорентгеноспектрального анализа (МРСА) установлено, что магний при его содержании в сплаве 2,5 % не растворяется в фазе Al4Ca, а цинк в ней растворяется. При увеличении содержания в сплавах цинка увеличивается доля первичных кристаллов. Согласно данным МРСА, процентное содержание цинка в первичных кристаллах меняется в зависимости от содержания его в сплаве от 5,5 % (Al – 10 Ca – 1 Zn – 2,5 Mg) до 23 % (Al – 10 Ca – 8 Zn – 2,5 Mg). Чем больше цинка в первичных кристаллах, тем они выглядят более фрагментированными.
Работа проведена при поддержке гранта Президента Российской Федерации для ведущих научных школ, НШ-9899.2016.8 (расчетная часть) и задания № 11.2072.2017/4.6 (экспериментальная часть).
1. Золоторевский В. С., Белов Н. А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. — М. : МИСиС, 2005. — 376 с.
2. Белов Н. А., Наумова Е. А., Акопян Т. К. Эвтектические сплавы на основе алюминия: новые системы легирования. — М. : Руда и металлы, 2016. — 250 с.
3. Наумова Е. А., Белов Н. А., Базлова Т. А. Влияние термообработки на структуру и упрочнение литейного алюминиевого эвтектического сплава Al9Zn4Ca3Mg // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 5. С. 30–36.
4. Belov N., Naumova E., Akopyan T. Eutectic alloys based on the Al – Zn – Mg – Ca system: microstructure, phase composition and hardening // Materials Science and Technology. Published online: 26 Sep. 2016. P. 1–11.
5. Thermo-Calc Software. URL : www.thermocalc.com
6. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов / пер. с англ. — М. : Металлургия, 1979. — 640 с.
7. Ternary alloys: a comprehensive compendium of evaluated constitutional data and phase diagrams / ed. G. Petzow, G. Effenberg. — Weinheim : Wiley-VCH, 1990. — 647 p.
8. Janz A., Gröbner J., Cao H., Zhu J., Chang Y. A., Schmid-Fetzer R. Thermodynamic modeling of the Mg – Al – Ca system // Acta Materialia. 2009. No. 2. P. 682–694.
9. Aljarrah M., Medraj M., Wanga X., Essadiqi E., Muntasar A., Denes G. Experimental investigation of the Mg – Al – Ca system // Journal of Alloys and Compounds. 2007. Vol. 436. P. 131–141.
10. Ильенко B. M. Сверхпластичность эвтектических сплавов на основе системы алюминий – кальций и разработка материалов для сверхпластической формовки : дис. … канд. техн. наук. — М., 1985.
11. Pat. 1580281 GB. Superplastic aluminium alloy products and method of preparation / D. M. Moore, L. R. Morris ; fil. 31.03.1977 ; publ. 29.03.1978.
12. Kono N., Tsuchida Y., Muromachi S., Watanabe H. Study of the Al – Ca – Zn ternary phase diagram // Light Metals. 1985. Vol. 35. P. 574–580.