СОВМЕСТНОЕ ВЛИЯНИЕ КАЛЬЦИЯ И КРЕМНИЯ НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И СТРУКТУРУ CПЛАВА Al–10%Mg

С помощью программы Thermo-Calc исследованы фазовые превращения в системе Al–Ca–Mg–Si в области алюминиево-магниевых сплавов. Построена проекция ликвидуса данной четверной системы при содержании 10 % Mg и показано, что в зависимости от концентраций кальция и кремния первично (кроме алюминиевого твердого раствора (Al)) могут кристаллизоваться фазы Al4Ca, Mg2Si и Al2CaSi2. Характер кристаллизации четверных сплавов изучен с помощью политермического сечения, рассчитанного при концентрациях 10 % Mg и 84 % Al. На основе анализа фазовых превращений, протекающих в сплавах данного разреза, было предположено наличие квазитройного сечения Al–Al2CaSi2–Mg2Si в системе Al–Ca–Mg–Si. Для количественного анализа фазового состава рассмотрены 3 экспериментальных сплава: Al–10%Ca–10%Mg–2%Si, Al–4%Ca–10%Mg–2%Si и Al–3%Ca–10%Mg–1%Si. Металлографические исследования и микрорентгеноспектральный анализ проведены на сканирующем электронном микроскопе TESCAN Vega 3. Критические температуры определены с помощью дифференциального калориметра DSC Setaram Setsys Evolution. Результаты экспериментов хорошо согласуются с расчетными данными: в частности, во всех сплавах на кривых нагрева–охлаждения выявляется пик при t ~ 450 °C, что отвечает температуре неравновесного солидуса и нонвариантной эвтектической реакции L → (Al) + Al4Ca + Mg2Si + Al3Mg2. Установлено, что структура сплава Al–3%Ca–10%Mg–1%Si наиболее близка к эвтектической. По плотности и коррозионной стойкости он не уступает сплаву АМг10 и даже превосходит его по твердости, что позволяет рассматривать этот сплав в качестве основы для создания новых литейных материалов типа «естественных композитов».

алюминиево-магниевые сплавы, система Al–Ca–Mg–Si, фазовый состав, микроструктура, эвтектика, кристаллизация

1. Золоторевский В.С., Белов Н.А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. М.: МИСиС. 2005.

2. Kaufman J.G., Rooy E.L. Aluminum alloy castings: Properties, processes, and applications. Materials Park, ASM International, 2004.

3. Nagaumi H., Suvanchai P., Okane T., Umeda T. Mechanical properties of high strength Al—Mg—Si alloy during solidification // Mater. Trans. 2006. Vol. 47. No. 12. Р. 2918—2924.

4. Ji S., Watson D., Fan Z., White M. Development of a super ductile diecast Al—Mg—Si alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2012. Vol. 556. P. 824—833.

5. Roven H.J., Liu M., Werenskiold J.C. Dynamic precipitation during severe plastic deformation of an Al—Mg—Si aluminium alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 483—484. No. 1-2. Р. 54—58.

6. Cerri E., Leo P. Influence of severe plastic deformation on aging of Al—Mg—Si alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2005. Vol. 410—411. Р. 226—229.

7. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов / Пер. с англ. М.: Металлургия, 1979.

8. Белов Н.А. Фазовый состав промышленных и перспективных алюминиевых сплавов. М.: ИД «МИСиС», 2010.

9. Энтони У.У., Элиот Ф.Р., Болл М.Д. Алюминий. Свойства и физическое металловедение: Справ. изд. / Под ред. Хэтча Дж.Е. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1989.

10. Ji S., Yang W., Gao F., Watson D., Fan Z. Effect of iron on the microstructure and mechanical property of Al—Mg—Si—Mn and Al—Mg—Si diecast alloys // Mater. Sci. Eng. 2013. Vol. 564. Р. 130—139

11. Fatemi-Jahromi F., Emamy M. An investigation into high temperature tensile behavior of hot-extruded Al—15wt%Mg2Si composite with Cu—P addition // Manufactur. Sci. Technol. 2015. Vol. 3(4). Р. 160—169.

12. Kim, W.J., Lee Y.G. High-strength Mg—Al—Ca alloy with ultrafine grain size sensitive to strain rate // Mater. Sci. Eng. A. 2011. Vol. 528. Р. 2062—2066.

13. Aljarrah M., Medraj M., Wang X., Essadiqi E., Muntasar A., Dénès G. Experimental investigation of the Mg—Al—Ca system // J. Alloys and Compd. 2007. Vol. 436. Р. 131—141.

14. Janz A., Gröbner J., Cao H., Zhu J., Chang Y.A., SchmidFetzer R. Thermodynamic modeling of the Mg—Al—Ca system // Acta Mater. 2009. Р. 682—694.

15. Белов Н.А., Наумова Е.А., Акопян Т.К. Эвтектические сплавы на основе алюминия: Новые системы легирования. М.: Руда и Металлы, 2016.

16. Kevorkov D., Schmid-Fetzer R. The Al—Ca system. Pt. 1: Experimental investigation of phase equilibria and crystal structures // Z. Metallkd. 2001. Bd. 92(8). S. 946—952.

17. Petzow G., Effenberg G. (Ed.) Ternary alloys: A comprehensive compendium of evaluated constitutional data and phase diagrams. Wiley-VCH, 1990. Vol. 3.

18. База данных для расчета фазовых диаграмм. www.thermocalc.com (дата обращения 06.10.2017).

19. Курганова Ю. А., Колмаков А.Г. Конструкционные металломатричные композиционные материалы: Учеб. пос. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2015.

20. Белов Н.А., Наумова Е.А. Перспективы создания конструкционных литейных сплавов эвтектического типа на основе системы Al—Ce—Ni // Металлы. 1996. No. 6. С. 146—152.

21. Белов Н.А., Хван А.В. Структура и механические свойства эвтектических композитов на основе системы Al—Ce—Cu // Цвет. металлы. 2007. No. 2. С. 91—95.

22. Кузьмич Ю.В., Колесникова И.Т., Серба В.И., Фрейдин Б.М. Механическое легирование. М.: Наука, 2005.