Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Влияние перегрева расплава на литую структуру сплавов Al–Sn

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-2-40-48

Полный текст:

Аннотация

Изучено влияние обработки перегревом расплава (Melt Superheating Treatment – MST) для сплавов системы Al–Sn. Чтобы определить оптимальную температуру перегрева, были измерены температурные зависимости кинематической вязкости, удельного электросопротивления, плотности и поверхностного натяжения расплавов Al–Sn с содержанием олова 10, 20, 30, 40 и 50 мас.%. По результатам измерения для каждого образца сплава Al–Sn определено значение температуры t*, при нагреве до которой происходят разрушение микронеоднородного состояния и структурный переход гетерогенная жидкость → гомогенная жидкость. Перегрев расплава (MST) приводит к уменьшению вязкости расплава. Установлено, что температура t* повышается с ростом концентрации олова в расплаве Al–Sn. Увеличение содержания олова в расплаве Al–Sn также приводит к снижению абсолютных значений кинематической вязкости и поверхностного натяжения, в то время как удельное электросопротивление и плотность повышаются. Таким образом, был определен режим обработки расплава перегревом для сплавов Al–Sn. Исследовано влияние MST расплава Al–50мас.%Sn на микроструктуру и механические свойства слитка с целью определения структурной чувствительности к степени перегрева расплавов и поиска новой стратегии улучшения формообразующей способности двухфазной структуры сплавов Al–Sn. Полученные результаты показали, что методы определения удельного сопротивления и вязкости более чувствительны и эффективны для оценки температуры перегрева расплава (режима MST). Выявлено, что требуемая модифицированная структура слитка Al–Sn может быть сформирована под обычные условия литья, процесс MST может способствовать формированию модифицированной структуры слитка за счет увеличения времени затвердевания и уменьшения средней скорости затвердевания за счет снижения вязкости расплава после перегрева.

Об авторах

О. А. Чикова
Уральский федеральный университет (УрФУ) имени первого Президента России Б.Н. Ельцина; Уральский государственный педагогический университет (УрГПУ)
Россия

докт. физ.-мат. наук, профессор кафедры физики Института фундаментального образования; ; гл. науч. сотрудник НОЦ инновационной деятельности

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19)

620091, г. Екатеринбург, пр. Космонавтов, 26



В. В. Вьюхин
Уральский федеральный университет (УрФУ) имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия

ст. науч. сотрудник Исследовательского центра физики металлических жидкостей 

г. Екатеринбург



В. С. Цепелев
Уральский федеральный университет (УрФУ) имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия

докт. техн. наук, проф., директор Исследовательского центра физики металлических жидкостей

г. Екатеринбург



Список литературы

1. Jia P., Zhang J.Y., Geng H.R., Yang Z.X., Teng X.Y., Zhao D.G., Wan Y., Zuo M., Sun N.Q. Effect of melt superheating treatment on solidification structures of Al75Bi9Sn16 immiscible alloy. J. Mol. Liq. 2017. Vol. 232. P. 457—461.

2. Piątkowski J. The effect of Al—17wt.%Si alloy melt overheating on solidification process and microstructure evolution. Solid State Phenom. 2011. Vol. 176. P. 29—34.

3. Eskin D.G. Primary solidification in aluminum alloys under melt overheating. Mater. Sci. Forum. 2000. Vol. 331. P. 155—160.

4. Yin F.S., Sun X.F., Li J.G, Guan H.R., Hu Z.Q. Effects of melt treatment on the cast structure of M963 superalloy. Scripta. Mater. 2003. Vol. 48. P. 425—429.

5. Novák L., Potocký L., Lovas A., Kisdi-Koszó É., Takács J. Influence of the melt overheating and the cooling rate on the magnetic properties of Fe83.4B16.6 amorphous alloys. J. Magn. Mater. 1980. Vol. 19. P. 149—151.

6. Баум Б.А., Тягунов Г.В., Попель П.С., Хасин Г.А., Коваленко Л.В. Повышение технологических свойств металлопродукции путем термовременной обработки расплава. Сталь. 1987. No. 10. С. 21—24. Baum B.A., Tyagunov G.V., Popel P.S., Khasin G.A., Kovalenko L.V. Improving the technological properties of metal products by thermal treatment of the melt. Steel. 1987. No. 10. P. 21— 24 (In Russ.).

7. Jie Z.Q., Zhang J., Huang T.W., Liu L., Zu H.Z. The influence of melt superheating treatment on the cast structure and stress rupture property of IN718C superalloy. J. Alloys Compd. 2017. Vol. 706. P. 76—81.

8. Su H., Wang H., Zhang J. H., Guo M., Liu L., Fu H. Influence of melt superheating treatment on solidification characteristics and rupture life of a third-generation Ni-based single-crystal superalloy. Metal. Mater. Trans. B. 2018. Vol. 49. P. 1537—1546.

9. Sabzi M., Far S.M., Dezfuli S.M. Effect of melting temperature on microstructural evolutions, behavior and corrosion morphology of Hadfield austenitic manganese steel in the casting process. Inter. J. Miner., Metal. Mater. 2018. Vol. 25. P. 1431—1438.

10. Zu F.-Q. Temperature-induced liquid-liquid transition in metallic melts: a brief review on the new physical phenomenon. Metals. 2015. Vol. 5. P. 395—417.

11. Lan S., Blodgett M., Kelton K.F., Ma J.L., Fan J., Wang X.-L. Structural crossover in a supercooled metallic liquid and the link to a liquid-to-liquid phase transition. Appl. Phys. Lett. 2016. Vol. 108. No. 21. P. 211907.

12. Tournier R.F. Glass phase and other multiple liquid-toliquid transitions resulting from two-liquid phase competition. Chem. Phys. Lett. 2016. Vol. 665. P. 64—70.

13. Чикова О.А. О структурных переходах в сложнолегированных расплавах. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2020. Т. 63. No. 3-4. С. 261—270. Chikova O.A. On structural transitions in complexalloyed melts. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Chernaya metallurgiya. 2020. Vol. 63. No. 3-4. P. 261—270 (In Russ.).

14. Dahlborg U., Calvo-Dahlborg M., Eskin D.G., Popel P.S. Thermal melt processing of metallic alloys. Springer. Ser. Mater. Sci. 2018. Vol. 273. P. 277—315.

15. Алюминиевые сплавы антифрикционного назначения: Монография. Под ред. Миронова А.Е., Белова Н.А., Столяровой О.О. М.: Изд. дом «МИСиС», 2016. Mironov A.E., Belov N.A., Stolyarova O.O. (Eds.). Aluminum alloys of antifriction purpose: Monograph. Moscow: MISIS, 2016 (In Russ.).

16. Lu Z.C., Gao Y., Zeng M.Q., Zhu M. Improving wear performance of dual-scale Al—Sn alloys: The role of Mg addition in enhancing Sn distribution and tribolayer stability. Wear. 2014. Vol. 309. P. 216—225.

17. Bertelli F., Brito C., Ferreira I.L., Reinhart G., NguyenThi H., Mangelinck-Noel N., Cheung N., Garcia A. Cooling thermal parameters, microstructure, segregation and hardness in directionally solidified Al—Sn—(Si,Cu) alloys. Mater. Design. 2015. Vol. 72. P. 31—42.

18. Мокеева Л.В., Попель П.С., Коржавина (Чикова) О.А., Трубин Л.Н., Петрушевский М.С., Замятин В.М., Топчий А.Л., Савельев В.В., Бондарева Е.В. Влияние температурной обработки расплава Al—Sn на структуру и свойства литого металла. Технология легких сплавов. 1989. No. 4. С. 87—91. Mokeeva L.V., Popel P.S., Korzhavina (Chikova) O.A., Trubin L.N., Petrushevsky M.S., Zamyatin V.M., Topchiy A.L., Saveliev V.V., Bondareva E.V. Influence of temperature treatment of the Al—Sn melt on the structure and properties of cast metal. Tekhnologiya legkikh splavov. 1989. No. 4. P. 87—91 (In Russ.).

19. Чикова О.А., Шишкина Е.В., Константинов А.Н. Измерение методом наноиндентирования модуля Юнга и твердости фаз сплава Al—50мас.%Sn. Физика металлов и металловедение. 2013. Т. 114. No. 7. С. 670—677. Chikova O.A., Shishkina E.V., Konstantinov A.N. Measurement of Young’s modulus and hardness of Al— 50wt.%Sn alloy phases using nanoindentation. Phys. Met. Metallograph. 2013. Vol. 114. No. 7. P. 616—622.

20. Чикова О.А., Константинов А.Н., Шишкина Е.В., Чезганов Д.С. Влияние микрогетерогенности и условий кристаллизации расплава Al—50%Sn на механические свойства фазовых составляющих слитка. Известия вузов. Цветная металлургия. 2014. No. 5. С. 3—7. Chikova O.A., Shishkina E.V., Chezganov D.S., Konstantinov A.N. Influence of the microheterogeneity and crystallization conditions of the Al—50%Sn alloy on the mechanical properties of phase components of the ingot Russ. J. Non-Ferr. Met. 2014. Vol. 55. No. 6. P. 505— 508.

21. Zhu P., Lai J., Shen J., Wu K., Zhang L., Liu J. An oscillating cup viscometer based on Shvidkovskiy algorithm for molten metals. Journal of the International Measurement Confederation. 2018. Vol. 122. P. 149— 154.

22. Brooks R.F., Dinsdale A.T., Quested P.N. The measurement of viscosity of alloys — A review of methods, data and models. Measurement Sci. Technol. 2005. Vol. 16. P. 354—362.

23. Бельтюков А.Л., Ладьянов В.И. Автоматизированная установка для определения кинематической вязкости металлических расплавов. Приборы и техника эксперимента. 2008. No. 2. С. 155—161. Beltyukov A.L., Ladyanov V.I. An automated setup for determining the kinematic viscosity of metal melts. Instruments and Experimental Techniques. 2008. Vol. 51. No. 2. P. 304—310.

24. Рябина A.B., Кононенко В.И., Ражабов A.A. Безэлектродный метод измерения электросопротивления металлов в твердом и жидком состояниях и установка для его реализации. Расплавы. 2009. No. 1. C. 34—42. Ryabina A.B., Kononenko V.I., Razhabov A.A. Electrodeless method for electrical resistivity of metals in solid and liquid states and an installation for its implementation. Rasplavy. 2009. No. 1. P. 34—42 (In Russ.).

25. Иващенко Ю.Н., Хиля Г.П. Установка для измерения свободной поверхностной энергии, контактного угла и плотности расплавов методом лежащей капли. Приборы и техника эксперимента.1972. No. 6. C. 208—211. Ivashchenko Yu.N., Khilya G.P. Installation for measuring the free surface energy, contact angle and density of melts by the sessile drop method. Pribory i tekhnika eksperimenta. 1972. No. 6. P. 208—211 (In Russ.).

26. Директор Л.Б., Зайченко В.М., Майков И.Л. Усовершенствованный метод лежащей капли для определения поверхностного натяжения жидкостей. Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48. No. 2. C. 193—197. Direktor L.B., Zaichenko V.M., Maikov I.L. An improved method of sessile drop for determining the surface tension of liquids. High Temp. 2010. Vol. 48. No. 2. P. 176—180.

27. Попель П.С., Коржавина (Чикова) О.А. Область существования метастабильной микрогетерогенности в расплавах Al—Sn. Журн. физ. химии. 1989. Т. 63. No. 3. С. 838—841. Popel P.S., Korzhavina (Chikova) O.A. Region of existence of metastable microheterogeneity in Al—Sn melts. Zhurnal fizicheskoi khimii. 1989. Vol. 63. No. 3. P. 838— 841 (In Russ.).

28. Транспортные свойства металлических и шлаковых расплавов: Справочник. Под ред. акад. Н.А. Ватолина. М.: Металлургия, 1995. Vatolin N.A. (Ed.). Transport properties of metal and slag melts: Reference. Moscow: Metallurgiya, 1995 (In Russ.).

29. Еременко В.Н., Иванов М.И., Лукашенко Г.М., Марценюк П.С., Ниженко В.И., Хиля Г.П. Физическая химия неорганических материалов: Т. 2. Поверхностное натяжение и термодинамика металлических расплавов. Под общ. ред. Еременко В.Н. Киев: Наук. думка, 1988. Eremenko V.N., Ivanov M.I., Lukashenko G.M. Martsenyuk P.S., Nizhenko V.I., Khilya G.P. Physical chemistry of inorganic materials. Vol. 2. Surface tension and thermodynamics of metal melts. Kiev: Naukova Dumka, 1988 (In Russ.).

30. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник. Т. 1. Под общ. ред. Лякишева Н.П. М.: Машиностроение, 1996. Lyakishev N.P. (Ed.). Phase diagrams of binary metal systems: A handbook. Vol. 1. Moscow: Mashinostroenie, 1996 (In Russ.).


Для цитирования:


Чикова О.А., Вьюхин В.В., Цепелев В.С. Влияние перегрева расплава на литую структуру сплавов Al–Sn. Известия вузов. Цветная металлургия. 2021;27(2):40-48. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-2-40-48

For citation:


Chikova O.A., Vyukhin V.V., Tsepelev V.S. Influence of melt superheating treatment on cast structure of Al–Sn alloys. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy). 2021;27(2):40-48. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-2-40-48

Просмотров: 20


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)