Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ КРЕМНИЯ НА УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕ И ТВЕРДОСТЬ СПЛАВА Al–1%Fe–0,3%Zr


https://doi.org/10.17073/0021-3438-2018-2-50-58

Полный текст:


Аннотация

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.


Об авторах

Н. А. Белов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

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



Н. О. Короткова
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

аспирант, инженер

кафедра ОМД 



А. Н. Алабин
ОК «РУСАЛ»
Россия

руководитель проекта технической дирекции

121096, г. Москва ул. Василисы Кожиной, 1



С. С. Мишуров
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

вед. инженер

кафедра ОМД 



Список литературы

1. Воронцова Л.А. Алюминий и алюминиевые сплавы в электротехнических изделиях. М.: Энергия, 1971; Vorontsova L.A. Alyuminii i alyuminievye splavy v elektrotekhnicheskikh izdeliyakh [Aluminium and aluminum alloys in electrical products]. Moscow: Energiya, 1971.

2. Белов Н.А., Алабин А.Н., Прохоров А.Ю. Влияние добавки циркония на прочность и электросопротивление холоднокатаных алюминиевых листов. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2009. No. 4. С. 42—47; Belov N.A., Alabin A.N., Prohorov A. Yu. Vliyanie dobavki cirkoniya na prochnost i ehlektrosoprotivlenie holodnokatanyh alyuminievyh listov [The influence of zirconium addition on the strength and electrical resistance of cold-rolled aluminum sheets]. Izv. vuzov. Tsvet. metallurgiya. 2009. No. 4. P. 42—47.

3. Alabin A., Belov N. Effect of iron and silicon on strength and electrical resistivity of Al—Zr wire alloys. In: Proc. 13-th Inter. Conf. on Aluminum Alloys. (ICAA13). Pittsburgh: Wiley, 2012. P. 1539—1544.

4. Алабин А.Н., Белов Н.А., Короткова Н.О., Самошина М.Е. Влияние отжига на электросопротивление и упрочнение низколегированных сплавов системы Al— Zr—Si. МИТОМ. 2016. No. 9. C. 16—20; Alabin A.N., Belov N.A., Korotkova N.O., Samoshina M.E. Vliyanie otzhiga na ehlektrosoprotivlenie i uprochnenie nizkolegirovannyh splavov sistemy Al—Zr—Si [The effect of annealing on electrical resistivity and hardening of low-alloy alloys of the Al—Zr—Si system]. MITOM. 2016. No. 9. P. 16—20.

5. Booth-Morrison C., Mao Z., Diaz M., Dunand D.C., Wolverton C., Seidman D.N. Role of silicon in accelerating the nucleation of Al3(Sc,Zr) precipitates in dilute Al—Sc—Zr alloys. Acta Mater. 2012. No. 60. P. 4740—4752.

6. Liu Ya., Tang M., Wu Ch., Wang J., Su X. Progress on phase equilibria of the Al—Si—Zr system at 700 and 900 °C. J. Alloys and Compounds. 2017. No. 693. P. 357—365.

7. Gao T., Ceguerra A., Breen A., Liu X., Wu Y., Ringer S. Precipitation behaviors of cubic and tetragonal Zr-rich phase in Al— (Si—)Zr alloys. J. Alloys and Compounds. 2016. No. 674. P. 125—130.

8. Энтони У.У., Элиот Ф.Р., Болл М.Д. Алюминий. Свойства и физическое металловедение: Справ. изд. Под ред. Дж.Е. Хэтча. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1989; Entoni U.U., Eliot F.R., Boll M.D. Alyuminii. Svoistva i fizicheskoe metallovedenie [Aluminum. Properties and physical metallurgy]: Reference book (Ed. J.E. Hatch). Moscow: Metallurgiya, 1989.

9. Belov N.A., Aksenov A.A., Eskin D.G. Iron in aluminum alloys: impurity and alloying element. London: Fransis and Tailor, 2002.

10. Uliasz P., Knych T., Mamala A., Smyrak B. Investigation in properties’ design of heat resistant Al—Zr—Sc alloy wires assigned for electrical application’ in aluminum alloys: their physical and mechanical properties (Eds. J. Hirsch. B. Scrotzki, G. Gottstein). In: Proc. 11-th Inter. Conf. on Aluminum Alloys (ICAA11). Germany, Aahen, 2008. P. 248—255.

11. Deschamp A., Guyo P. In situ small-angle scattering study of the precipitation kinetics in an Al—Zr—Sc alloy. Acta Mater. 2007. No. 55. P. 2775—2783.

12. Booth-Morrison C., Seidman D. N., Dunand D.C. Effect of Er additions on ambient and high-temperature strength of precipitation-strengthened Al—Zr—Sc—Si alloys. Acta Mater. 2012. No. 60. P. 3643—3654.

13. Зadirli E., Tecer H., Sahin M., Yэlmaz E., Kirindi T., Gьndьz M. Effect of heat treatments on the microhardness and tensile strength of Al—0,25 wt.% Zr alloy. J. Alloys and Compnd. 2015. No. 632. P. 229—237.

14. Guo C., Du Z., Li C., Zhang B., Tao M. Thermodynamic description of the Al—Fe—Zr system. Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2008. No. 32 P. 637—649.

15. Moustafa M.A. Effect of iron content on the formation of β-Al5FeSi and porosity in Al—Si eutectic alloys. J. Mater. Proces. Technol. 2009. No. 209. P. 605—610.

16. Mahmoud A.E., Mahfouz M.G., Gad-Elrab H.G. Influence of zirconium on the grain refinement of Al 6063 alloy. J. Eng. Res. Appl. 2014. P. 188—194.

17. Беспалов В.М. Исследование совмещенных процессов обработки сплавов системы Al—Zr для получения длинномерных деформированных полуфабрикатов электротехнического назначения: Авторефер. дис. канд. техн. наук. Красноярск: СФУ, 2014; Bespalov V.M. Issledovanie sovmeshchennyh processov obrabotki splavov sistemy Al—Zr dlya polucheniya dlinnomernyh deformirovannyh polufabrikatov ehlektrotekhnicheskogo naznacheniya [Research of the combined processes of processing of alloys of the Al—Zr system for obtaining long-dimensioned deformed semifinished products of electrotechnical]: Abstr. of Diss. PhD. Krasnoyarsk: SibFU, 2014.

18. Deng Y., Yin Zh., Pan Q., Xu G., Duan Yu., Wang Y. Nano-structure evolution of secondary Al3(Sc1–xZrx) particles during superplastic deformation and their effects on deformation mechanism in Al—Zn—Mg alloys. J. Alloys and Compnd. 2017. No. 695. P. 142—153.

19. Taendl J., Orthacker A., Amenitsch H., Kothleitner G., Poletti C. Influence of the degree of scandium supersaturation on the precipitation kinetics of rapidly solidified Al— Mg—Sc—Zr alloys. Acta Mater. 2016. No. 117. P. 43—50.

20. Lin Y.C., Xia Yu.-Chi., Qiang Jiang Yu., Hua-Min Zhou, Lei-Ting Li. Precipitation hardening of 2024-T3 aluminum alloy during creep aging. Mater. Sci. Eng. A. 2013. No. 565. P. 420—429.

21. Muggerud A. Marie F., Mørtsell E. A., Li Ya., Holmestad R. Dispersoid strengthening in AA3xxx alloys with varying Mn and Si content during annealing at low temperatures. Mater. Sci. Eng. A. 2013. No. 567. P. 21—28.

22. Harrington E. The desirability function. Industrial Quality Control. 1965. No. 21. P. 494—498.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Белов Н.А., Короткова Н.О., Алабин А.Н., Мишуров С.С. ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ КРЕМНИЯ НА УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕ И ТВЕРДОСТЬ СПЛАВА Al–1%Fe–0,3%Zr. Известия вузов. Цветная металлургия. 2018;(2):50-58. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2018-2-50-58

For citation: Belov N.A., Korotkova N.O., Alabin A.N., Mishurov S.S. EFFECT OF SILICON ADDITION ON SPECIFIC ELECTRICAL RESISTIVITY AND HARDNESS OF Al–1%Fe–0,3%Zr ALLOY. Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy. 2018;(2):50-58. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2018-2-50-58

Просмотров: 121

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


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