Середенко В.А., Середенко Е.В., Паренюк А.А.

(Фтимс НАН Украины, Киев)

Перспективы получения под электромагнитным воздействием литых медных сплавов монотектической системы, упрочнённых ультрадисперсными включениями, выделившихся в расплаве

e-mail: mgd@i.kiev.ua.

Создание в славах высокодисперсных, распределённых на заданном расстоянии одна от другой частиц, которые почти не растворяются в матрице до температуры её плавления, возможно не только твёрдофазными методами, но и при выплавке сплавов монотектической системы, частности, медных в индукционных печах. Эта перспектива появилась в результате обнаружения над областью макрорасслоения жидких фаз зоны микрорасслоения с размерами микрогруппировок 0,01 – 0,10 мкм. Выполненный рядом авторов (Коттрелл А. Х., Портной К. И., Осинцев О. Е. и др.) анализ множества экспериментов показал определяющее значение геометрических факторов в эффективности действия дисперсных частиц в матрице сплава. Определено, что размер упрочняющих частиц дисперсноупрочнённых сплавов входит в диапазон 0,01 – 0,05 мкм, а среднее расстояние между частицами должно составлять 0,1 – 0,5 мкм. Частицы больших размеров при высоких температурах становятся неэффективными, но при умеренных и низких оказывают существенное упрочняющее действие.         Для анализа ряда особенностей таких сплавов со структурой “замороженной микроэмульсии” использована модель на базе простой кубической решётки. При расстоянии ℓ между центрами шарообразных монодисперсных частиц с диаметром d, расположенных в узлах решётки, относительное объёмное содержание V дисперсной фазы составит V = (π/ 6)(d / ℓ)³. Для дисперсноупрочнённых сплавов максимально возможный диапазон соотношения d / ℓ находится в пределах [0,018 – 0,330], соответствующие значения изменяются от 3·10^-6 (3·10^-4 % об.) до 1,85·10^-2 (1,85 % об.), а при среднем значении d / ℓ = 0,07 величина V= 0,018 % об. Количество дисперсных частиц N в единице объёма сплава определяется по выражению N = 6V / (πd³). При соотношении d / ℓ = 0,07 в 1 мм³ расплава может находиться одна капля с d = 70 мкм. При диспергировании этой капли на микрокапли с d = 1 мкм их число составит 3,44·10⁵ штук, а при d = 0,01 мкм - 3,44·10¹¹.

Сплавы монотектической системы на основе меди с малыми добавками лигатуры FeCrC были получены в высокочастотных (18 и 42 кГц) индукционных тигельных печах при варьировании условий наложения на расплав электромагнитного поля и его напряжённости. Металлографическое изучение шлифов литых образцов (цилиндры диаметрами 15 и 45 мм и соответственно высотой 45 и 15 мм) показало, что при содержании дисперсной фазы на основе FeCrC 0,26 % об. средний диаметр включений составлял 1,0 мкм при отношении d / ℓ = 0,17. Сокращение содержания дисперсной фазы в сплаве за счёт уменьшения добавки лигатуры до 0,046 % об. привело к снижению d до 0,52 мкм и понижению отношения d / ℓ до 0,096. Величины  d / ℓ в полученных структурах макрообразцов входили в диапазон определённый для дисперсноупрочнённых сплавов, но значения d и ℓ были на порядок выше.

Таким образом, полученные сплавы по показателям d / ℓ и V соответствовали дисперсноупрочнённым сплавам с наноразмерными упрочняющими фазами, но значения d и ℓ не достигли требуемой дисперсности. В результате исследований определено, что в медных сплавах монотектической системы можно достичь соответствия основных геометрических структурных параметров характерных для сплавов, упрочнённых наноразмерными включениями. Дальнейшие исследования следует направить на углубление изучения особенностей действия переменных электромагнитных полей на металлические расплавы с зоной несмешивания жидких фаз с целью повышения эффективности воздействий на наноразмерные неоднородности в расплаве и отработку рациональных режимов электроплавки сплавов монотектических систем на основе меди.