Кінетика розчинення модифікаторів в розплавах на основі алюмінію

Анотація

У роботі досліджено кінетику розчинення чистих металів (Cu, Zr, Ti) та кристалічних модифікаторів систем Al–Zr і Al–Cu–Zr–Ni у розплаві високоміцного алюмінієвого сплаву В95. Актуальність дослідження зумовлена недостатньою вивченістю механізмів взаємодії багатокомпонентних лігатур з рідким алюмінієм, що обмежує можливості керування структурою та властивостями виливків. Метою роботи є встановлення закономірностей розчинення різних типів модифікаторів у розплаві з урахуванням впливу температури, часу витримки та фазового складу. Експериментальні дослідження проведено методом обертового диска, що забезпечує рівнодоступну поверхню контакту з розплавом. Зразки діаметром 10 мм з чистих металів (Cu, Zr, Ti) виготовляли на токарному верстаті, а кристалічні лігатури систем Al-Zr і Al-Cu-Zr-Ni заливали в спеціально виготовленні графітові обойми. Час контакту твердих зразків з розплавом на основі алюмінію складав від декількох секунд до години. Зміну маси зразка за рахунок угару або окислення визначали по зміні маси твердих зразків при холостих дослідженнях, де зразок проходив всі стадії експерименту, окрім розчинення. Визначено питомі швидкості розчинення компонентів та їх залежність від фізико-хімічних властивостей матеріалів. Встановлено, що мідь має найвищу швидкість розчинення серед досліджених чистих металів (18,6 кг/м²·с), тоді як цирконій і титан — на порядок нижчу. Показано, що кристалічні модифікатори розчиняються значно швидше, ніж відповідні чисті метали. Зокрема, маса зразків системи Al–Cu–Zr–Ni зменшується удвічі вже за 30 секунд контакту з розплавом при температурі 750 °C, що свідчить про активну участь структурних чинників у процесі розчинення. Наукова новизна роботи полягає у кількісному порівнянні швидкостей розчинення чистих металів і багатокомпонентних лігатур, а також у виявленні ролі фазових перетворень та поверхневої активності в динаміці розчинення. Отримані результати доповнюють існуючі уявлення про механізми взаємодії модифікаторів з алюмінієвими розплавами та можуть бути використані для оптимізації режимів легування і модифікування алюмінієвих сплавів у промислових умовах.