Як відомо [1] у сплавах системи Al-Cu необхідно обмежувати вміст міді інтервалом введення від 1,0-1,5 % (для забезпечення достатнього розчинного зміцнення) до 6,0-8,0 % задля уникнення крихкості через утворення значної кількості хімічної сполуки СuАl₂ (q-фаза). Невисока температура плавлення евтектики, яка складає 548 °С та велике значення величини граничної розчинності міді у твердому стані (5,65 %) зумовлюють широкий інтервал кристалізації в промислових алюмінієвих сплавах. Такі сплави мають низьку рідкоплинність, схильні до пористості та утворення гарячих тріщин, у них сильно розвинена ліквація; нерівноважна евтектика з'являється вже за вмісту міді 1,5-2,5 % [1]. Тому задля необхідності отримання ливарних сплавів системи Аl- Сu з необхідним комплексом механічних властивостей необхідно нівелювати негативний вплив надмірної кількості q-фази та забезпечити рафінування сплавів від неметалевих домішок і газів, насамперед водню. Вищевказане досягається введенням модифікаторів або легувальних елементів в атомарному стані, що забезпечується використанням системи флюсів. Використання цирконію, який за допомогою системи флюсів, що вміщують у своєму складі проміжні сполуки отримання цирконію, разом із манганом і титаном, вводиться у алюмінієвий розплав, дозволяє якісно підвищити міцність та жароміцність вищевказаних сплавів.

З метою підвищення ефекту розчинного зміцнення та отримання у сплавах системи Al-Cu твердого каркасу по межах зерен a-розчину із інтерметалідних сполук А1₁₂Мn₂Сu, Al₃Ti та Al₃Zr може бути запропонована комплексна технологія, що забезпечує введення титану та мангану із лігатури а цирконію із комплексного флюсу системи NaF-LiF-ZrF₄. Введення цирконію із проміжної сполуки його отримання (ZrF₄) забезпечить отримання у сплавах кристалів Al₃Zr округлої або пластинчатої, а не гілкоподібної форми. Завдяки використанню вищевказаної обробки, міцність та жароміцність сплавів A02950 та АМ5 є можливим додатково підвищити вище величин неведених у табл. 1.

Таблиця 1 – Механічні властивості сплаву АМ5 при підвищених температурах [2]

Технологія обробки сплаву включає в себе роздільне насичення рідкого алюмінію цирконієм із комплексного флюсу, з наступним веденням до нього за допомогою лігатури необхідної кількості марганцю та титану. Використання роздільного способу плавлення де, спочатку, вводять цирконій із ZrF₄ і тільки після цього марганець та титан, дозволяє наситити алюмінієвий розплав цирконієм у кількості 0,45-1,00 % і забезпечити необхідний рівень підвищення міцності та жароміцності сплаву.

Попередньо, з метою експериментальної перевірки можливості насичення алюмінієвого сплаву АМ5 цирконієм із комплексного флюсу системи NaF- LiF- ZrF₄ було проведено дослідні плавки. Титан не вводився. Результати представлено на рис. 1.

а

б

в

Рис. 1. Мікроструктура сплаву АМ5, зміцненого цирконієм, введеним із комплексного флюсу системи NaF-LiF-ZrF₄: а – × 100; б – × 250; в – × 500

Хімічний склад структурних складових наведено на рис. 2.

Рис. 2. Хімічний склад структурних складових  сплаву АМ5, зміцненого цирконієм, введеним із комплексного флюсу системи NaF-LiF-ZrF₄ (s_в = 383 МПа,
δ = 2,91 %)

Розподіл хімічних елементів за структурними складовими у точках 1-5 наведено у табл. 2 – 6.

Таблиця 2 – Розподіл елементів у структурній складовій №1

Таблиця 3 –Розподіл елементів у структурній складовій №2

Таблиця 4 – Розподіл елементів у структурній складовій №3

Таблиця 5 – Розподіл елементів у структурній складовій №4

Таблиця 6 – Розподіл елементів у структурній складовій №5

Аналіз мікроструктури показує, що цирконій в основному зосереджується на кордонах зерен у вигляді окремої структурної складової, яка за своїм хімічним складом наближається до Al₃Zr, зміцнюючи таким чином кордони зерен a-фази.

Література

1. Калініна Н. Є. Використання алюмінієвих сплавів в авіаційній та ракетно-космічній техніці [Текст]: навч. посіб. / Н. Є. Калініна, О. В. Бондаренко. – Д.: РВВ ДНУ. – 2011. – 64 с.
2. Санников А. В. Совершенствование технологии получения фасонных отливок из алюминиевого сплава АН2ЖМц на базе системы Al- Ni- Mn-Fe-Zr с целью повышения прочностных свойств при 300-350 °C: дис. канд. техн. наук: 05.16.04. Москва. 2014, 118 с.