ВПЛИВ ЦИРКОНІЮ НА ОСОБЛИВОСТІ МІКРОСТРУКТУРИ ЛИВАРНИХ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ
DOI:
https://doi.org/10.15407/plit2026.02.003Ключові слова:
алюмінієві сплави, легування, цирконій, мікроструктура, інтерметаліди, зародкоутворенняАнотація
Проведено комплексне дослідження впливу зміцнювальних добавок цирконію на мікроструктуру та фазовий склад ливарних алюмінієвих сплавів систем Al–Cu–Mn (АМ5) та Al–Si–Cu (АК8М3). Актуальність роботи зумовлена необхідністю розробки нових складів легких конструкційних матеріалів із підвищеним рівнем механічних властивостей. Введення цирконію в розплав із тетрафториду цирконію (ZrF4) у кількості від 0,6 % мас.до 1,8 % мас. при температурі 750 °C у складі флюсової композиції дозволяє уникнути забруднення алюмінієвого розплаву залізом. За допомогою сканувальної електронної мікроскопії (СЕМ) у поєднанні з локальним рентґеноспектральним аналізом встановлено, що цирконій формує бездендритну дрібнозернисту структуруα-Al-твердого розчину. Встановлено, що введення цирконію із його тетрафториду у вказаній кількості забезпечує ефективне подрібнення зерна α-Al-твердого розчину за механізмом гетерогенного зародкоутворення на первинних кристалах фази Al3Zr та складних сполуках Zr(Al1-x, Six)3, які мають високу кристалографічну відповідність та когерентний зв’язок із матрицею. За допомогою локального рентґеноспектрального аналізу визначено характер розподілу легувальних елементів між структурними складовими. По- казано, що оптимальний вміст цирконію (0,6 % мас.) забезпечує рівномірну дрібнозернисту морфологію та потенціал для подальшого дисперсійного зміцнення структурних складових. Натомість підвищення вмісту модифікатора до 1,8 % мас. призводить до появи у структурі надлишкових масивних інтерметалідів голчастої та хрестоподібної морфології (вміст Zr до 65,54 % мас.), що може негативно впливати на пластичність. Для сплаву АК8М3 виявлено ефект трансформації залізовмісних фаз під впливом Zr, що сприяє переходу голчастих вклю- чень у пластинчасті форми. Результати роботи можуть бути використані під час розроблення технологічних процесів виготовлення високоміцних виливків особливого відповідального призначення.
Посилання
Belov, N.A., Eskin, D.G., & Avxentieva, N.N. (2017). Multicomponent Phase Diagrams: Applications for Commercial Aluminum Alloys. Elsevier.
Pranav, K.J., Sibi, S.P., & Jana, P.P. (2025). Evolution of Fe-rich intermetallic phases in cast and wrought aluminium alloys: Microstructural insights and property correlations. Journal of Alloys and Compounds, 1042, Article 184101. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.184101
Guan, R.G., & Tie, D. (2017). A review on grain refinement of aluminum alloys: Progresses, challenges and prospects. Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 30(5), 409–432. https://doi.org/10.1007/s40195-017-0565-8
Wang, F., Eskin, D.G., Connolley, T., & Mi, J. (2017). Influence of ultrasonic treatment on formation of primary Al3Zr in Al–0.4Zr alloy. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 27(5), 977–985.
А.Yu. Sezonenko, М.М. Petryshyn, А.А. Кolesnichenko, R.V. Lytvyn І.V. Lukianenko, Ie.G. Byba, М.М. Yamshinskij, М.Yu. Barabash Features of structure and properties of Al-Si-Cu alloy produced by pressure casting. Results in Materials (2024). Vol. 21. 100539 https:// doi.org/10.1016/j.rinma.2024.100539
Knipling, K.E., Dunand, D.C., & Seidman, D.N. (2007). Nucleation and precipitation strengthening in dilute Al–Ti and Al–Zr alloys. Metallurgical and Materials Transactions A, 38(10), 2552–2563.
Samuel, E.; Nabawy, A.M.; Samuel, A.M.; Doty, H.W.; Songmene, V.; Samuel, F.H. Effect of Zr and Ti Addition and Aging Treatment on the Microstructure and Tensile Properties of Al-2%Cu-Based Alloys. Materials 2022, 15, 4511. https://doi.org/10.3390/ma15134511
Li, H., Bin, J., Liu, J., Gao, Z., & Lu, X. (2012). Precipitation evolution and coarsening resistance at 400°C of Al microalloyed with Zr and Er. Scripta Materialia, 67(1), 73–76. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.03.026
Yin, Z., Pan, Q., Zhang, Y., & Jiang, F. (2000). Effect of minor Zr and Sc on microstructures and mechanical properties of Al-Mg-Li alloys. Materials Science and Engineering: A, 280(1), 151–155. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(99)00682-6
Naplocha, K., & Kaczmar, J. W. (2007). Influence of Al3Zr and Al3Ti intermetallic phases on the structures and properties of aluminium magnesium alloys.Archives of Materials Science and Engineering, 28(1), 505–512.
Moskvitin V. I. Thermodynamic fundamentals of aluminothermic reduction of zirconium from ZrO2 in chloride-fluoride salt melts / V. I. Moskvitin, D. A. Popov, S. V. Makhov. Nonferrous Metals. 2012. No. 4. P. 43-46.
The effect of Zr and Li on the microstructure of AlMg5Si2Mn-type casting alloys / V. Boyko, K. Mykhalenkov, A. Springer, O. Kessler. International Journal of Metalcasting. 2024. DOI: https://doi.org/10.1007/s40962-024-01374-w
Thoma R. E., Insley H., Friedman H. A., and Hebert G. M. The Condensed System LiF–NaF–ZrF4-Phase Equilibria and Crystallographic Data. Journal of chemical and engineering data. 1965. No3. P. 219–230. https://doi.org/10.1021/je60026a004
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Д.В. Іванченко, М.М. Ямшинський, Є.Г. Биба, С.В. Петриченко, Р.В. Лютий, А.В. Мініцький, І.В. Лук’яненко, М.Ю. Барабаш
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
