Структура, фазовий склад і властивості сплаву АК12М2МгН з підвищенням вмістом заліза, обробленого в рідкому стані електричним струмом

Анотація

Розглянуто можливість заміни поршневого евтектичного сплаву системи Al-Si-Cu АК12М2МгН, який вироблявся на ВАТ «Запорізький алюмінієвий комбінат» з первинного алюмінію, на АК12М2МгНЖ з підвищеним вмістом заліза, що дозволить розширити сировинну базу виробництва за рахунок використання брухту та відходів. Цю проблему пропонується вирішити введенням до технологічного процесу оброблення розплаву однополярним імпульсним електричним струмом при розливці  за спеціально розробленими режимами.

         Проведено експерименти з впливу електричного струму на мікроструктуру, фазовий склад сплавів АК12М2МгН  і АК12М2МгНЖ та їх механічні властивості при температурах 20 ^оС і 300 ^оС. Оброблення розплаву електричним струмом здійснено за режимами: щільність електричного струму (j) 100 - 400 А/см², частота імпульсів (ν) 50 - 2000 Гц. Розглянуто фазовий склад сплавів. Показано, що основною залізовмісною фазою сплаву АК12М2МгН є (Fe,Mn)₃Si₂АІ₁₅ (α) у вигляді розгалужених евтектичних кристалів. Голкоподібна фаза β-FeSiАІ₅ практично відсутня. До складу сплаву АК12М2МгНЖ, на відміну від АК12М2МгН, входять інтерметалід β-FeSiAl₅  та первинні грубі кристали фази (Fe,Mn)₃Si₂АІ₁₅. Після оброблення сплавів в рідкому стані імпульсним електричним струмом за різними режимами збільшується ступінь диференціювання евтектичних складових. Зокрема, лінійний розмір евтектичних кристалів кремнію залежно від щільності та частоти  електричного струму зменшується у 2- 3 рази. У сплаві АК12М2МгН утворюються первинні кристали інтерметаліду (Fe,Mn)₃Si₂Al₁₅, які у перерізі мають вигляд компактних, близьких до глобулярних, кристалів. Рентгеноспектральні дослідження показали, що при однаковій кристалографічній структурі евтектичних і первинних кристалів фази (Fe,Mn)₃Si₂Al₁₅, останні відрізняються більшою концентрацією в них заліза, марганцю, міді та нікелю. У складі сплаву АК12М2МгНЖ практично відсутній голкоподібний інтерметалід β-FeSiAl₅, утворення якого є однією з основних причин зниження механічних властивостей. Подібно до сплаву АК12М2МгН з’являються компактні кристали первинної фази  (Fe,Mn)₃Si₂Al₁₅  та значна  кількість фази π- FeMg₃Si₆Al₈. Такі структурні зміни забезпечили підвищення механічних властивостей при 20 і 300 ^оС як сплаву АК12М2МгН, так і АК12М2МгНЖ. Найбільш високі властивості обох сплавів досягаються при j = 100 А/см²; ν = 1000 ‒ 2000 Гц.   Характеристики механічних властивостей  зростають від 25 % до 40 %. Структурні та фазові зміни, зумовлені обробленням розплаву АК12М2МгНЖ електричним струмом за встановленими режимами, забезпечують йому  механічні властивості  на рівні сплаву АК12М2МгН при дещо більш високих показниках жароміцності. Крім того, обробка розплаву електричним струмом дозволяє скоротити витрати натрієво-калієвих флюсів на 15 - 50 %,   час термічної обробки за Т1 з 10-12 год. до 2-3 год.