докт. техн. наук, профессор
кафедра литейных технологий и художественной обработки материалов (ЛТиХОМ)
вед. инженер
кафедра обработки металлов давлением (ОМД)
119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
Dr. Sci. (Tech.), Prof., Department of foundry technologies and material art working (FT&MAW), Chief engineer, Department of metal deformation process
119049, Russia, Moscow, Leninsky pr., 4
аспирант, инженер
кафедра ОМД
Postgraduate student, Department of metal deformation process
руководитель проекта технической дирекции
121096, г. Москва ул. Василисы Кожиной, 1
Project manager of technical management
121096, Russia, Moscow, Vasilisyi kozhinoy ul, 1
вед. инженер
кафедра ОМД
Chief engineer, Department of metal deformation process
Расчетными методами с помощью программного обеспечения Thermo-Calc проанализированы изотермические сечения диаграммы сплава Al–Fe–Si–Zr при температурах 450 °С и 600 °С, а также политермические сечения при концентрациях кремния до 2 мас.% и циркония до 1 мас.%. Показано, что в равновесных условиях благоприятного фазового состава, состоящего из алюминиевого твердого раствора (Al), фазы Al8Fe2Si и Zr, полностью входящего в состав твердого раствора (Al) в процессе получения литой заготовки, можно добиться при концентрациях кремния 0,27–0,47 мас.%. Для реализации в неравновесных условиях вышеперечисленных структурных составляющих и обеспечения вхождения Zr в состав (Al) экспериментальные слитки получали при повышенной скорости охлаждения (более 10 K/с). Металлографический анализ литой структуры экспериментальных образцов выявил желательную структуру при содержаниях в сплаве 0,25 мас.% Si и 0,3 мас.% Zr. Микроструктура сплава Al–1%Fe–0,3%Zr–0,5%Si также содержит эвтектику (Al) + Al8Fe2Si, но при ступенчатом отжиге при 600 °С отмечена частичная трансформация фазы Al8Fe2Si в Al3Fe. Структура сплава с 0,25 мас.% Si в состоянии отжига при 600 °С содержит фрагментированные частицы вырожденной эвтектики (Al) + + Al8Fe2Si по границам дендритных ячеек. Установлено, что соотношение Si : Fe = 1 : 2 в сплаве оказывает положительное влияние на его механические свойства, особенно на твердость, без существенного снижения удельной электропроводности в процессе отжига, что объясняется образованием в структуре частиц фазы Al8Fe2Si компактной морфологии. Более того, кремний ускоряет распад твердого раствора по цирконию, о чем свидетельствуют экспериментальные графики зависимости твердости и удельного электросопротивления от ступени отжига. С помощью функции оптимизации при заданных параметрах твердости и удельного электросопротивления наилучший комплекс свойств показал сплав Al–1%Fe–0,3%Zr–0,25%Si в состоянии отжига при 450 °С.
Calculation methods and Thermo-Calc software were used to analyze isothermal sections of the Al–Fe–Si–Zr alloy diagram at 450 °C and 600 °C, and polythermal sections at the concentrations of silicon up to 2 wt.% and zirconium up to 1 wt.%. It has been shown that a favorable phase composition consisting of an aluminum solid solution (Al) and an Al8Fe2Si phase with zirconium contained in a solid solution (Al) can be achieved under equilibrium conditions when making a cast section at silicon concentrations of 0,27–0,47 wt.%. In order to implement the process under non-equilibrium conditions of the abovementioned structural components and to ensure Zr inclusion in the (Al) composition, test ingots were made at an increased cooling rate (over 10 K/s). The metallographic analysis of the sample cast structure revealed the desired structure at 0,25 wt.% of Si and 0,3 wt.% of Zr in the alloy. The Al–1%Fe–0,3%Zr–0,5%Si alloy microstructure also contains the (Al) + Al8Fe2Si eutectic, but it is observed that the Al8Fe2Si phase is partially transformed into Al3Fe in step annealing at 600 °C. The structure of the alloy with 0,25 wt.% of silicon in the T600 state contains fragmented particles of the (Al) + Al8Fe2Si degenerate eutectic along the boundaries of dendritic cells. It has been found that the Si : Fe = 1 : 2 ratio in the alloy has a positive effect on its mechanical properties, especially hardness, without any significant conductivity reduction in the annealing process. This effect is explained by compact morphology formation in the structure of Al8Fe2Si phase particles. Moreover, silicon accelerates solid solution decomposition in terms of zirconium, as shown by the experimental graphs of hardness and resistivity dependence on the annealing step. Using the optimization function for the given hardness and resistivity parameters, the Al–1%Fe– 0,3%Zr–0,25%Si alloy demonstrated the best set of properties in the T450 state.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.