Термодинамічна оцінка структурних складових сплаву В96Ц: Processy litʹâ, 2019, Tom 136, №4, p.43-51

В. І.  Дубодєлов; А. М.  Верховлюк; О. А.  Щерецький; Р. А.  Сергієнко

Автор(и)

В. І. Дубодєлов Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ
А. М. Верховлюк Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ
О. А. Щерецький Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ
Р. А. Сергієнко Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ

Ключові слова:

алюмінієві сплави, термодинаміка, технологічні фазові діаграми, гарячі тріщини, інтерметаліди

Анотація

Поступила 01.07.2019

УДК 669.018.27:536.777

У статті зроблено літературний аналіз причин, які суттєво впливають на утворення гарячих тріщин у високоміцних алюмінієвих сплавах, що містять цинк. Існують різні причини утворення гарячих тріщин при литті високоміцних сплавів системи Al−Zn−Mg−Cu, серед яких можна назвати наступні: великий інтервал кристалізації сплавів у поєднанні із низькою температурою солідус; напруження в інтервалі кристалізації та охолодження; фази або сполуки із низькою температурою плавлення (евтектики) на границях зерен чи між кристалами – тонкі рідкі проміжки між зернами знижують міцність виливків; груба зерниста структура та інші причини. Цинк, який знаходиться в сплаві, утворює з магнієм та міддю Т-фазу (Al2Mg3Zn3) під час термічної обробки сплаву. Надлишкові інтерметаліди S-фази (Al2CuMg) відіграють негативну роль – збільшують вірогідність утворення гарячих тріщин. Для отримання якісних за властивостями і структурою високоміцних сплавів необхідно проводити оптимізацію хімічного складу за всіма компонентами. Для вирішення такого завдання використовують термічний аналіз та термодинамічну методику розрахунків, яку представлено в даній роботі. Ця методика базується на використанні програмного пакета Thermo-Calc для розрахунку розчинності компонентів в алюмінієвій матриці та побудові технологічних фазових діаграм. Таким чином, в статті приведено термодинамічні розрахунки та технологічні фазові діаграми сплаву системи Al−Zn−Mg−Cu з мінімальними, максимальними концентраціями легуючих елементів та максимально можливим вмістом домішків. Встановлено, що при максимальному вмісті в сплаві легуючих елементів по границях зерен виділяється S-фаза (Al2CuMg), що збільшує вірогідність утворення гарячих тріщин. При максимальному вмісті легуючих елементів S-фаза виділяється майже одразу після повної кристаллізації, трохи нижче лінії солідус.

Біографії авторів

В. І. Дубодєлов, Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ

академік НАН України, д-р техн. наук, проф., зав. відділом

А. М. Верховлюк, Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ

д-р техн. наук, заст. директора

О. А. Щерецький, Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ

д-р. техн. наук, пров. наук. співр.

Р. А. Сергієнко, Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ

канд. техн. наук, ст. наук. співр.

Посилання

Saks, G. (1936) Praktische Metallkunde. OHTI., teil 1 [in Germany].

Bishop, H. F., Ackerlind, C. G., Pellini, W. S. (1952) Metallurgy and Mechanics of Hot Tearing. Trans. Am. Foundry Soc., Vol. 60, pp. 818−833 [in English].

Pellini, W. S. (1952) Strain theory of hot tearing. Foundry, Vol. 80, no. 11, pp. 124−133, 192, 194, 196, 199 [in English].

Apblett, W. R., Pellini, W. S. (1954) Factors which influence weld hot cracking. Weld J. Res. Suppl., Vol. 33, pp. 83−90 [in English].

Borland, J. C. (1979) Fundamentals of solidification cracking in welds. Part 1, Part 2. Weld. Metal Fabric, no. 47, pp. 19−29, 99−107 [in English].

Prohorov, I. N. (1962) Technological strength of metals in the process of crystallization during casting. Litejnoe proizvodstvo, no. 4, pp. 24−27 [in Russian].

Novikov, I. I. (1966) Hot brittleness of non-ferrous metals and alloys. Moscow: Nauka, 296 s. [in Russian].

Lupyrev, I. I., Gulyaev, B. B. (1952) The study of the formation of hot cracks in steel castings. New in the theory and practice of foundry. Moscow: Mashgiz, pp. 117−126 [in Russian].

Korol’kov, A. M. (1957) Shrinkage phenomena in alloys and cracking during solidification. Moscow: Iz-vo Akademii nauk USSR, 72 s. [in Russian].

Korol’kov, A. M. (1969) Influence of pre-expansion on hot brittleness of alloys. Liteynoe proizvodstvo, no. 11, pp. 32−35 [in Russian].

Trubitsyn, N. A. (1962) Hot cracking mechanism. Litejnoe proizvodstvо, no. 4, pp. 33−34 [in Russian].

Trubitsyn, N. A., Spravnik, V. I., Larionov, V. A. (1974) The study of the formation of hot cracks during solidification of metal in the castings of reinforcement. Novoe v protsessakh lit’ya. Kiev: Naukova dumka, pp. 158−166 [in Russian].

Fridlyander, I.N. (ed.) (2001) Non-ferrous metals and alloys. Composite metal materials: T. II − 3. Moscow: Mashinostroenie, pp. 94−128, 156−196, 814−832 [in Russian].

Fridlyander, I. N., Dobromyslov, A. V., Tkachenko, E. A., Senatorova, O. G. (2005) Advanced high-strength materials based on aluminum. MiTOM, no. 7, pp. 17−23 [in Russian].

Senatorova, O. G., Fridlyander, I. N., Molostova, I. I., Uksusnikov, A. N., Krasova, E. V. (2007) Research and development of super high-strength Al-Zn-Mg-Cu alloys for extrusions. Summary of Conference Proceedings «Aluminium of Two Thousand». Italy, P. 58 [in English].

Senatorova, O. G., Sukhikh, A. Yu., Sidel’nikov, V. V., Matvienko, S. V. (2002) Development and prospects for the use of high-strength aluminum alloys for rolled semi-finished products. Tekhnologiya legkikh splavov, no. 4, pp. 28−33 [in Russian].

Molostova, I. I., Fridlyander, I. N., Senatorova, O. G., Sukhikh, A. U. (2007) Structural parameters of ingots of high- strength Al-Zn-Mg-Cu system alloys. Summary of conference proccedings «Aluminium of Two Thousand», Italy, P. 54 [in English].

Shcherets’kiy, O. A. (2007) Theoretical and technological bases for the production of cast billets from composite materials based on aluminum and zirconium with dispersed particles. Dis. dokt. tekhn. nauk. Kyiv, 453 p. [in Ukrainian].