2. Матеріал і методи дослідження

В роботі досліджені доевтектичні силуміни типу АК7ч (система Al-Si-Mg-Fe) з добавками стронцію і скандію (таблица 2.1).

Таблиця 2.1 - Середній хімічний склад досліджених сплавів

№ п/п	Хімічний елемент, %масс.
	Al	Si	Mg	Mn	Fe	Sr	Sc
1	основа	7.18	0.332	0.226	0.612	-	-
2		7.10	0.314	0.219	0.599	0.049	0.112
3		7.08	0.324	0.225	0.612	0.102	-
4		7.01	0.320	0.224	0.608	0.198	-
5		7.13	0.331	0.223	0.611	-	0.115
6		7.09	0.311	0.222	0.601	-	0.313
7		7.04	0.318	0.220	0.602	0.048	0.121
8		7.15	0.304	0.217	0.596	0.098	0.331
9		7.07	0.289	0.185	0.579	0.223	0.522
10		7.14	0.314	0.221	0.597	0.052	0.326
11		7.11	0.298	0.207	0.585	0.111	0.509
12		6.99	0.309	0.215	0.605	0.194	0.099
13		7.13	0.303	0.213	0.593	0.051	0.497

При проведенні досліджень були використані сучасні методи: мікроструктурний, вимірювання|вимір| твердості, мікротвердості і комплексу механічних властивостей на обладнанні, що пройшло держповірку. При проведенні експериментів використані методи планування по ортогональних латинських квадратах і статистичної обробки отриманих результатів.

3 Особливості структуроутворення доевтектичного силуміну ак7ч

3.1 Структура та фазовий сплаву ак7ч

Найбільшого поширення в промисловості ливарних сплавів отримали силуміни - сплави з вмістом кремнію 5... 35%. Вони широко застосовуються в авто-і авіабудівництві, в якості конструкційних і поршневих сплавів.

Силуміни являють собою сплави до-і заевтектичних типів, наявність евтектики забезпечує їм високу рідкотекучість, хорошу заповнюваність форми, відносно невелику усадку, високий опір усадковим напругам при твердінні. Крім того, силуміни добре зварюються і мають високу корозійну стійкість.

Однак, наявність у структурі литого алюмінієво-кремнієвого сплаву слаборозгалужених дендритів α-Al, обрамлених по межах зерен або дендритних осередків грубою крихкою евтектичною складовою і включеннями інтерметалідних фаз, обумовлює невисокі характеристики міцності і низьку пластичність.

Структура вихідного сплаву АК7ч, закристалізованого при швидкості охолодження 6,67 * 10^-4 К/с (рисунок 3.1), складається з слаборозгалужених дендритів α-Al, розташованих в міждендритних просторах грубодиференційованої евтектики α-Al+β-Si.

а б

Рисунок 3.1 – Структура вихідного немодифікованого сплаву АК7ч: х100 (а), х500 (б)

Після травлення в структурі сплаву виявляються кристали інтерметалідних фаз різного забарвлення і форми (рисунок 2.2).

При розгляді фазового складу силумінів необхідно відзначити особливу роль заліза, вміст якого в сплаві АК7ч зазвичай не перевищує 0,6% мас.

Mg₂Si FeAl₃

а б

Al₂O₃ (FeAl₂(SiO₄)₃) Al₅SiFe

в г

Рисунок. 3.2- Інтерметалідні з̕єднання, що присутні в сплаві АК7ч: а - Mg₂Si, б - FeAl₃, в - -Al₂O₃ и FeAl₂(SiO₄)₃, г- Al₅SiFe

Фази, що містять залізо, мають грубокристалічну будову, тому їх присутність істотно погіршує механічні властивості сплаву, особливо, пластичність. Загальної точки зору на хімічний склад фаз, що містять залізо, немає. Як зазначає автор [129], пояснюється це тим, що ці фази, по-перше, можуть кристалізуватися як первинні безпосередньо з розплаву, так і за перитектичною або евтектичною реакціями, ступінь завершеності яких залежить від швидкості охолодження сплаву, по-друге, дуже часто потрійні сполуки заліза по-суті являються твердими розчинами.

Результати фазового рентгеноструктурного аналізу представлені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 – Фазовий склад сплаву АК7ч

Фаза	Тип решітки	Параметри решітки	Джерело ідентифікування
Fe2Al5	Орторомбічна	a=7.765 b=6.403,c=4.203	Картотека JCPDS № 14-336
FeAl2(SiO4)3	Кубічна	a=11.53	Картотека JCPDS № 9-427
FeAl3	Орторомбічна	a=47.43 b=15.45 c=8.07	Картотека JCPDS № 2-1213
-Al2O3	Гексагональная	a=4.758 c=12.991	Картотека JCPDS № 13-373
Mg2Si	Кубічна	a=12.63	Картотека JCPDS № 1-1192
Al5SiFe	Моноклинная	a=6.12, b=6.12 c=41.5 =910	Картотека JCPDS № 20-31

На рисунку 3.3 наведена схема дифрактограми дослідженого сплаву, що ілюструє наявність максимумів, які відповідають різним інтерметалідним фазам.

За результатами фазового рентгеноструктурного аналізу та виборчого травлення, тонкодіференційовані кристали блакитного кольору, які утворюють з -Аl, -Si кооперативні та конгломератні евтектики, визначені як фаза Mg₂Si (див. рис. 3.2, а).

Також виявлені подвійні проміжні фази на основі заліза – FeAl₃ і Fe₂Al₅. Сірі поліедричні або темні голчасті кристали двійникового типу, розташовані в евтектиці -Al+-Si (див. рис. 3.2, б), ідентифіковані як FeAl₃. За данними [130], в кристалах FeAl₃ може рзчинятися до 0,2% кремнію.

Рисунок. 3.3- Схема дифрактограми сплаву АК7ч вихідного складу

Слід також зазначити, що поліедрична форма притаманна первинним кристалам FeAl₃, голчаста – евтектичним і перитектичним кристалам фази FeAl₃.

В літературі немає єдиної думки про природу фази Fe₂Al_5. За данними [131], інтерметалід Fe₂Al₅ кристалізується з рідини вище 1100⁰С. Автори [130] вказують на можливість розпаду FeAl₃ при повільному охолодженні з утворенням Fe₂Al₅ и Fe₂Al₇. Однак, їх рентгенограми настільки схожі, що немає підстав припускати, що це різні фази.

Оксиди -Al₂O₃ и FeAl₂(SiO₄)₃ найбільш часто зустрічаються у вигляді компактних кристаликів темного кольору, вкраплених в кристали кремнію (дів. рис. 3.2, в).

Таким чином, дані фазового складу сплаву АК7ч свідчать про те, що аналіз фазових рівноваг і перетворень в цьому сплаві слід проводити відповідно до двокомпонентної і багатокомпонентних діаграм стану Al-Si. Al-Sl-Fe, Al-Si-Fe-Mg [3]. Закономірності і ступінь завершеності цих перетворень і визначають особливості кінцевого структурного і фазового складу сплаву.