Розмір шрифту: 

В сучасному світі існує стійка тенденція до підвищення рівня експлуатаційних властивостей широкого ряду матеріалів. Одним із важливих сучасних питань в цьому плані є підвищення жароміцності існуючих алюмінієвих сплавів та розробка нових композицій на основі алюмінію, які здатні працювати в екстремальних умовах [1].
Додавання до алюмінієвих сплавів нерозчинних частинок, або їх «in-situ» синтез завдяки мікролегуванню дозволяє реалізувати так званий механізм Орована, який полягає у блокуванні руху дислокацій стабільними дрібнодисперсними частинками, що і забезпечує підвищення високотемпературної міцності. Так, наприклад, з цією метою до сучасних найбільш вживаних промислових жароміцних сплавів систем Al-Si та Al-Si-Cu, з метою підвищення жаростійкості та жароміцності додають у незначних кількостях перехідні метали, які утворюють дрібнодисперсні нерозчинні алюмініди [2]. Важливим фактором для одночасного збереження низькотемпературної та підвищення високотемпературної міцності та пластичності таких сплавів є утворення частинок з кубічною або тетрагональною кристалічною будовою типу L12 або DO22, до яких відносяться сполуки Al3Sc та Al3Ті, Al3Mo, Al3V та декілька інших [3].
Розробка сучасних ливарних жароміцних сплавів передбачає створення систем легування на основі високотемпературних евтектик з такими елементами, як Fe, Mn, Co, Ni та Cr, які також мають низький коефіцієнт дифузії в алюмінії та утворюють стабільні інтерметаліди з ним [4]. Хоча сполуки алюмінію з цими елементами мають орторомбічні, гексагональні або моноклинні гратки – вони здатні утворювати евтектики волокнистої будови з нанорозмірними вкрапленнями власних алюмінідів, що забезпечує високий рівень механічних властивостей таких сплавів [5, 6].
На сьогоднішній день сплави подібних систем мало досліджені з позиції розробки ливарних складів. Частіше за все такі композиції розглядаються в якості високоентропійних або аморфних сплавів та вимагають спеціальних методів лиття – реолиття, розливання на мідні диски або барабани з метою утворення аморфних частинок, тощо [6].
Для того, щоб оцінити перспективи створення та особливості структурно-фазового стану ливарних жароміцних сплавів на основі алюмінію, легованого перехідними металами, було виготовлено сплав на основі Al-Al3Fe евтектики наступного хімічного складу: Al-1,5Fe-1Ni-0,5Mn-0,5Mg-0,3Co (% мас.). Плавлення проводилося в алундовому тиглі до температури 850 °С, що забезпечило розчинення перитектичних фаз з подальшою заливкою в підігрітий до 200 °С сталевий кокіль. Мікроструктура одержаного сплаву представлена на рис. 1. Хімічний склад виділених фаз представлено в табл. 1.
Як видно із зображення мікроструктури, для сплаву характерними є три основні структурні складові – дрібні зерна твердого розчину на основі алюмінію розміром 10-50 мкм, волокниста евтектика та дрібні поодинокі вкраплення інтерметалідів.
Варто відмітити, що волокна, які входять до складу евтектики мають товщину порядку 100 нм, що є позитивним фактором для формування високого рівня механічних властивостей готових виробів. Інтерметалідні вкраплення сприятливої морфології з розмірами 0,5-1,0 мкм схожі за складом на евтектику, що вказує на важливу роль нікелю в структуроутворенні даного сплаву. Одночасне знаходження у твердому розчині разом з магнієм заліза та марганцю вказує на потенційне зниження негативного ефекту втрати міцності і твердості твердим розчином при нагріванні, що є важливим для жароміцних сплавів.

а б
Рис. 1. Мікроструктура дослідного сплаву: загальний вигляд (а), з місцями визначення локального хімічного складу структурних складових (б)

Таблиця 1 – Хімічний склад виділених на рис. 1 (б) структурних складових


Література:
1. Richard Rajan, Paul Kah, Belinga Mvola, Jukka Martikainen. Trends in aluminium alloy development and their joining methods // Reviews on Materials Science. 2016. – № 4 (44). – pp. 383-397.
2. Rakhmanov J., Timelli G., Bonollo F. The effect transition elements on high-temperature mechanical properties of Al-Si foundry alloys – A review. Advanced engineering materials. 2016. – № 7. – pp. 1096-1105.
3. Knipling K. E., Dunand D. C., Seidman D. N. Creteria for development castable, creep-resistant aluminium-based alloys – A review. Z. Metallkd. – 2006. – № 97. – pp. 246-265.
4. Mondolfo L. F. Aluminium alloys: structure and properties. London/Boston: Butterworths, 1976. – P. 640.
5. Kumar K. S. Ternary intermetallics in aluminium refractory-metal X systems (X = V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn). Intermetallic Materials Review. 1990. – № 35 (6). – pp. 293-327.
6. Wang X., Guan R., Wang Yu. Formation Mechanism of Nanoscale Al3Fe Phase in Al-Fe Alloy During Semisolid Forming Process. Metallurgical and Materials Transactions B. 2018. – № 5 (49). – pp. 2225-2231.