Исследования влияния термической обработки на структуру и фазовый состав сплава проводили  в лабораторных условиях в печах типа СНОЛ-2.5,2.5,2.5/2М и СШОЛ-11,6/12-М3.

Заданную температуру поддерживали с точностью ±0,5 градуса с помощью прибора ВРТ-1.
Измерения температуры проводили хромель-алюмелевой термопарой универсальным измерительным прибором Р-4833 (класс точности 0,05).

Идентификацию фаз осуществляли методом рентгеноструктурного анализа на дифрактометре ДРОН – 3М в Сu_α фильтрованном излучении по стандартной методике.
В качестве эталона использовали отожженный в течение 16 часов с последующим охлаждением с печью алюминий марки А999.
Запись дифрактограмм проводили со скоростью (1/8)⁰/мин.

Для  выявления общей микроструктуры образцы сплава АК7ч травили 0,5% раствором плавиковой кислоты в течение15 секунд с последующей промывкой в струе проточной воды.
Микроструктуру сплавов изучали с помощью микроскопа «Axiovert-200 MAT».

Количественные характеристики микроструктуры (количество эвтектической составляющей Е, размеры частиц эвтектического кремния D, вытянутость A кремниевых частиц и расстояние L между частицами кремния в эвтектике) определяли по стандартным методикам.

Данные металлографических исследований свидетельствуют о том, что температура нагрева под  закалку 520 ºС не приводит к существенным изменениям в структуре сплава (рис. 1, режимы 1, 10, 14, 18, 22).

Начиная с температуры нагрева под закалку 530 ºС (режимы 2, 6, 15, 19) наблюдается некоторое дробление эвтектического кремния  и частичное растворение фаз Mg₂Si и Al₃Sc.

Интенсивность этого процесса возрастает при увеличении температуры нагрева под закалку до 535 ºС (режимы 3,7,11, 20, 24).
Это приводит к сфероидизации и коалесценции эвтектических кристаллов кремниевого твердого раствора и к частичному их растворению.

При этом на дифрактограммах сплава АК7ч наблюдается уменьшение интенсивности (начиная с температуры нагрева под закалку 520 ºС) или же полное исчезновение дифракционных максимумов, соответствующих интерметаллидным соединениям Mg₂Si и Al₃Sc, - при нагреве вплоть до температур 540-545 ºС (рис.2).

Увеличение температуры нагрева под закалку до 540 ºС ведет к коалесценции кристаллов эвтектического кремния и некоторому их огрублению.

При дальнейшем увеличении температуры до 545 ºС происходит значительное огрубление эвтектического кремния, что приводит к формированию низких механических свойств сплава.

Увеличение времени выдержки при температуре закалки приводит к аналогичным изменениям в структуре уже при температуре 540 ºС.

Количественные зависимости D, A и L от независимых переменных (Тзак, tзак, Тстар, tстар) получены после известной процедуры обработки экспериментальных данных для ортогональных латинских планов.
Эта процедура заключается в логарифмировании соответствующих количественных данных, усреднении их для каждого уровня каждой независимой переменной, потенцировании и привязке полученных зависимостей к условиям проведения опытов.

На рисунках 3, 4 представлены количественные  зависимости D, A от независимых переменных (Тзак, tзак, Тстар, tстар) для  сплава АК7ч.

Рис. 1. Микроструктуры сплава АК7ч, полученные в соответствии с планом эксперимента, x500


Рис. 2. Изменение вида дифрактограмм исследуемого сплава после закалки: а – Тзак = 520 ºС, б – Тзак = 540 ºС, в – Тзак = 545 ºС


Рис. 3. Частные зависимости размера частиц кремния в эвтектике от температурно-временных параметров закалки и старения в сплаве АК7ч


Рис. 4. Частные зависимости вытянутости частиц кремния от температурно-временных параметров закалки и старения в сплаве АК7ч

Конкретное определение зависимости параметров структуры для термически обработанного сплава АК7ч D, A и L от независимых переменных выполняется по формуле: X = N * φ(Tз) * φ (tз) * φ(Tс) * φ(tс),

Х представляет одну из функций отклика;
φ(T),φ(t),φ(T),φ(t)–ординаты соответствующих частных зависимостей (рис.3,4);
N–нормирующий множитель, обеспечивающий привязку полученных зависимостей к условиям проведения опытов.

Для D величина N равна 7,35*10^-3; для A величина N равна 0,473 и для  L равна 2,93*10^-2 соответственно.
 

Выводы

1. Изучена структура сплава АК7ч - после термической обработки.
Показано, что температура нагрева под закалку 520 ºС не приводит к существенным изменениям в структуре сплава.
Начиная с температуры нагрева под закалку 530 ºС наблюдается некоторое дробление эвтектического кремния и частичное растворение интерметаллидных фаз.
Нагрев под закалку до температуры 535 ºС приводит к формированию мелких округлых кристаллов эвтектического кремния, к частичному его растворению.
Увеличение температуры до 545 ºС приводит к значительному огрублению эвтектического кремния.

2. Изучено изменение фазового состава сплава, сформировавшегося в результате термической обработки.
При закалке сплава с температуры 520 ºС фазовый состав практически не изменяется, однако на дифрактограммах наблюдается уменьшение интенсивности (начиная  с температуры нагрева под закалку 520 ºС) или же полное исчезновение дифракционных максимумов, соответствующих интерметаллидным соединениям Mg₂Si  и Al₃Sc (при нагреве до температур 540-545 ºС).

3. В ходе эксперимента, проведенного по плану ортогональных латинских квадратов, исследовано влияние термической обработки на структуру доэвтектического силумина АК7ч, модифицированного оптимальным соотношением Sr и Sс.
Получены количественные зависимости данных функции отклика (D размеры частиц эвтектического кремния, вытянутость A кремниевых кристаллов и расстояние L между частицами кремния в эвтектике) от независимых переменных (Тзак, tзак, Тстар, tстар).
Это позволяет рассчитывать конкретные значения параметров D, A и L и прогнозировать структуру сплава АК7ч при заданных значениях независимых переменных в диапазоне их изменения.


В.З.Куцова, д.т.н., проф.; Т.А.Аюпова, асп.
Национальная металлургическая академия Украины

   

Литература:
1. Аристова Н.А., Колобнев И.Ф.Термическая обработка литейных алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1977 – 144 с.
2. Куцова В.З., Аюпова Т.А. Влияние микролегирования Sr и Sc на структуру сплава АК7ч / Строительство, материаловедение, машиностроение // Сб. научн. тр. – вып. 36, ч.1. – Днепропетровск, ПГАСиА. – 2006г. С. 201-209.
3.Таран Ю.Н. , Куцова В.З., Ковальчук М.Г., Узлов К.И. Структура и фазовый состав силуминов, модифицированных стронцием.// Известия вузов. Цветная металлургия. – 1988. - №3. – с. 78-84
4.Куцова В.З., Швець О.В., Аюпова Т.А. Модифікування алюмінієвих сплавів// «МОМ», - 2001. - №1-2. – с. 99-109
5.Beresina A.I., Chuistov K.V., Monastyrskaya T.A. The stability of structure states of Al-Mg, Al-Li-Mg alloys, alloyed by Sc, Zr and Hf//Proc.of the 3rd European Conference on Light Alloys and Composites. – Zakopane, (Poland). – 1999. – p. 43-48
6.Dobatkina T.V., Rokhlin L.L., Characterova M.L. Phase diagrams of the aluminium – base alloys containing scandium// Proc.of the 3rd European Conference on Light Alloys and Composites. – Zakopane, (Poland). – 1999. – p/ 55-60
7. Шенк Х. Теория инженерного эксперимента. Пер. с англ. – М.: Мир, 1972. – 382с