В сучасному світі відбувається розвиток техніки, що вимагає нові фізико-механічні вимоги до кінцевого виробу. Заевтектичні сплави системи Al-Si мають чудові характеристики для виготовлення виливків з підвищеними фізико-механічними характеристиками. Одним з факторів, що може впливати  на характеристики матеріалів є рівномірне або ціленаправлене розподілене структурних складових у тілі виробу.  Високий вміст кремнію (Si) в алюмінієвих сплавах може призводити до скупченню (сегрегації) останнього в тілі виливка. Це є певною негативною характеристикою але є можливість позитивно використати макросегрегацію кристалів первинного кремнію (КПК). Наприклад, створивши умови під час кристалізації і отримати підвищений вміст кремнію в певній частині виробу, тим самим змінивши твердість, зносостійкість і т.п.

В роботі отримано результат коли з вихідного заевтектичного алюмінієвого сплаву АК25, з урахуванням теплофізичних параметрів процесу, у тілі виливка, отримали дві зони, що відповідають двом різним концентраціям  кремнію – зовнішня (частина І), концентрації 31 % мас. Si з наявними кристалами первинними кремнію і внутрішня (частина ІІ) з 13,5 % мас. Si і повною відсутністю первинних кристалів кремнію.

Для досліджень використовували алюмінієвий сплав АК25 (хімічний склад наведений в табл. 1), що виплавлявся в пічі опору при температурі 850 °С, в подальшому заливався в тонкостінний кокіль (товщина стінки δ = 0,5 мм). За допомогою аналогово-цифрового перетворювача отримано криві охолодження, за якими розраховували швидкість охолодження сплаву в проміжку часу від температури заливання розплаву до температури ліквідус. Швидкість охолодження для отримання диференційованої структури знаходиться в діапазоні 1,2…1,3 °С/с (рис. 1,  А), для випадку коли відсутня диференційована структура 1,4…1,6 °С/с (рис. 1, Б). Така близькість значень говорить про необхідність більш детального вивчення даного питання.

В табл. 1 наведено хімічний склад вихідного сплаву та зразка без диференційованої структуру (№1 в табл. 1), зразка з диференційованою структурою, в зовнішній частині (І) (№2 в табл. 1) і у внутрішній частині (ІІ) (№3 в табл. 1).

Таблиця 1 – Хімічний склад дослідних зразків.

На рис. 1 наведено фотографії макро- та мікроструктури зразка з диференційованою (А) та бездиференційованою структурою  (Б).  На фотографіях мікроструктур (рис. 1 рядок А) спостерігається чітка різниця – в частині І зразка сплав заевтектичний зі первинним кремнієм розгалуженої форми, а в частині ІІ наявна, як первина, α-фаза алюмінію. Крім перерозподілу концентрації кремнію також відбулася зміна концентрації таких елементів як заліза, марганцю та хрому. Хром повністю знаходиться в багатій на кремній частині зразка, а залізо та марганець частково підвищили свою концентрацію. Концентрація магнію та міді навпаки збільшилася в  частині зразка з низької  концентрації кремнію.

Виміряна твердість за Брінеллем (НВ) зразка з диференційованою структурою відповідно становила: зовнішньої частини (І) – 104 одиниць, внутрішньої частини (ІІ) – 97  одиниць, а для зразка з недиференційованою структурою – 79 одиниць.

Ймовірно, що механізм отримання такої структури – зародки, що утворилися на стінці форми при заливці потрапили у весь об’єм виливка і в подальшому зберігаються тільки ті зародки, що біля стінки форми і на певній відстані від неї, а ті що потрапили в центральну зону розчиняються під дією тепла ще перегрітого розплаву. Відбувається досягання швидкої об’ємної кристалізації біля стінки форми і відповідно зародки, що вже існують, будуть зростати, коли в той час зародки в центральній зоні можливо ще не утворилися. Під час зростання первинні кристали кремнію, «забирають» кремній з рідини – в результаті концентрація поза межами збагаченої зони стає нижчою від початкового складу сплаву і в даному випадку вміст кремнію знизився до 13,5 мас. %.

Розуміння, як керувати таким процесом, створить можливість для удосконалення властивостей заевтектичних сплавів системи Al-Si і розширить їх застосування промисловості.